基于“突變-演化”模型的顛覆性技術(shù)識(shí)別方法及應(yīng)用*

熊 焰 張凌愷 陳 旭 江 瑤

(1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院 上海 201418;2.上海工程技術(shù)大學(xué)管理學(xué)院 上海 201620)

0 引 言

顛覆性技術(shù)可以重設(shè)前沿技術(shù)路徑,重構(gòu)科技競(jìng)爭(zhēng)格局[1]。識(shí)別顛覆性技術(shù),提前把握前沿科技發(fā)展方向,是國(guó)家實(shí)現(xiàn)“換道超車(chē)”的重要機(jī)會(huì)窗口[2]。現(xiàn)有研究關(guān)于顛覆性技術(shù)識(shí)別方法主要分為兩類(lèi):一是技術(shù)預(yù)測(cè)法,如采用物種入侵模型[3]、Fisher-Pry模型[4]等來(lái)衡量信號(hào)強(qiáng)度[5]、發(fā)展?jié)摿6]等特征,以預(yù)測(cè)技術(shù)的顛覆時(shí)機(jī),這類(lèi)識(shí)別方法常將主題熱度等同于技術(shù)顛覆,而忽略對(duì)技術(shù)影響的評(píng)估;二是市場(chǎng)分析法,如采用消費(fèi)者需求模型[7]、視覺(jué)模擬量表[8]等來(lái)評(píng)價(jià)顛覆作用的影響,這類(lèi)識(shí)別方法受限于技術(shù)評(píng)估清單的來(lái)源,而忽視初期信號(hào)弱的技術(shù)。究其本質(zhì),上述研究方法在操作過(guò)程中未能全面把握顛覆性技術(shù)演進(jìn)過(guò)程中的突變和演化規(guī)律,從而導(dǎo)致識(shí)別精度不高[9]。因此,本文基于顛覆性技術(shù)突變和演化視角,構(gòu)建顛覆性技術(shù)“突變-演化”模型,形成一套操作性強(qiáng)、識(shí)別精準(zhǔn)的顛覆性技術(shù)定量識(shí)別方法,并選取集成電路材料領(lǐng)域技術(shù)為應(yīng)用案例,對(duì)模型的科學(xué)性和實(shí)用性加以驗(yàn)證,批量形成該領(lǐng)域顛覆性技術(shù)主題。

1 基于“突變-演化”的顛覆性技術(shù)識(shí)別模型構(gòu)建

“顛覆性技術(shù)”一詞最早由Christensen提出,是指從低端市場(chǎng)切入,不斷迭代,直至替代主流技術(shù),形成新的市場(chǎng)格局與技術(shù)體系[10],其具有突變性和演化性雙重屬性[11]?；诖?本文嘗試從突變與演化的視角出發(fā),構(gòu)建“突變-演化”模型,以實(shí)現(xiàn)顛覆性技術(shù)的精準(zhǔn)識(shí)別(見(jiàn)圖1)。具體包括:首先,在構(gòu)建顛覆性技術(shù)突變模型時(shí),從顛覆性技術(shù)演進(jìn)特征入手,設(shè)計(jì)特征指標(biāo)體系并匹配突變模型,通過(guò)熵值法確定指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算出技術(shù)突變值;其次,在構(gòu)建顛覆性技術(shù)演化模型時(shí),結(jié)合技術(shù)主題發(fā)展態(tài)勢(shì),選取各大技術(shù)主題的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類(lèi),通過(guò)分析技術(shù)演化路徑得出技術(shù)演化值;最后,映射候選顛覆性技術(shù)到坐標(biāo)系中,用政策報(bào)告等專(zhuān)業(yè)權(quán)威信息對(duì)比驗(yàn)證,識(shí)別出顛覆性技術(shù)。

圖1 研究設(shè)計(jì)

1.1 顛覆性技術(shù)突變模型構(gòu)建

為了有效測(cè)度技術(shù)突變性,本文基于突變理論構(gòu)建顛覆性技術(shù)突變模型。突變模型是建立在突變理論基礎(chǔ)上的數(shù)理模型,可量化分析技術(shù)特征指標(biāo),已有研究使用突變模型來(lái)評(píng)估技術(shù)顛覆潛力[13]、識(shí)別技術(shù)機(jī)會(huì)[14]等,但現(xiàn)有突變模型需要依靠專(zhuān)家意見(jiàn)選定可計(jì)算的特征,客觀性不足且容易忽略技術(shù)演進(jìn)的重要特征?；诖?本文從演進(jìn)特征界定、指標(biāo)體系設(shè)計(jì)等方面改進(jìn)突變模型,實(shí)現(xiàn)顛覆性技術(shù)突變值的計(jì)算。

1.1.1 演進(jìn)特征界定

與常規(guī)技術(shù)的演進(jìn)范式不同,顛覆性技術(shù)演進(jìn)過(guò)程具有三大典型特征:一是初期影響力小,顛覆性技術(shù)識(shí)別最困難的階段是在于技術(shù)初期,因?yàn)樵诩夹g(shù)初期信號(hào)弱,技術(shù)軌跡具有“不確定性”[15],外界對(duì)其關(guān)注度較低,但在技術(shù)演進(jìn)中積極融合與擴(kuò)張[16]。二是交叉耦合度好,顛覆性技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中會(huì)根據(jù)政策、產(chǎn)業(yè)等需要不斷促進(jìn)學(xué)科交叉與技術(shù)融合[9],并改變自身的技術(shù)形態(tài),發(fā)生“突變”并等待顛覆時(shí)機(jī)[17],具有“強(qiáng)適應(yīng)性”[18]。三是技術(shù)涵蓋面廣,顛覆性技術(shù)在“突變”后,會(huì)替代主流技術(shù)[19],產(chǎn)生巨大影響,重新打造了一套涵蓋多種學(xué)科技術(shù)的技術(shù)格局和產(chǎn)品體系[20],見(jiàn)圖2。

圖2 顛覆性技術(shù)演進(jìn)過(guò)程

1.1.2 指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

基于顛覆性技術(shù)演進(jìn)特征,以專(zhuān)利表征技術(shù)方式,從初期影響力(T1)、交叉耦合度(T2)、技術(shù)涵蓋面(T3)3個(gè)維度出發(fā),設(shè)計(jì)顛覆性技術(shù)突變值測(cè)度指標(biāo)體系。具體如下:

第一,初期影響力(T1)。初期影響力主要從即時(shí)信號(hào)強(qiáng)度、前向引用均值和初期擴(kuò)張速率3個(gè)維度來(lái)表征顛覆性技術(shù)初期“信號(hào)弱、關(guān)注度低、擴(kuò)張積極”的特點(diǎn)[20]:①即時(shí)信號(hào)強(qiáng)度TII側(cè)重于測(cè)量技術(shù)主題在特定時(shí)間跨度內(nèi)對(duì)外界釋放信號(hào)的強(qiáng)度[20],顛覆性技術(shù)初期信號(hào)弱,故TII為負(fù)向指標(biāo);②前向引用均值TAC側(cè)重于說(shuō)明外界在特定時(shí)間跨度內(nèi)對(duì)技術(shù)主題的關(guān)注度。顛覆性技術(shù)常被視為“邊緣創(chuàng)新[21]”“離群專(zhuān)利[22]”,所以技術(shù)初期很少被關(guān)注,故TAC為負(fù)向指標(biāo);③初期擴(kuò)張速率TER側(cè)重于說(shuō)明在特定時(shí)間跨度內(nèi)技術(shù)類(lèi)別橫向擴(kuò)張的速率[18],顛覆性技術(shù)無(wú)論在演化的任何階段,都有較強(qiáng)的擴(kuò)張勢(shì)頭。

第二,交叉耦合度(T2)。交叉耦合度主要從類(lèi)別相似程度和分布均勻程度2個(gè)維度來(lái)表征顛覆性技術(shù)“適應(yīng)性好、交叉耦合好”的特點(diǎn)[20]:①類(lèi)別相似程度TAD代表技術(shù)主題內(nèi)不同技術(shù)方向間的平均距離,用技術(shù)間的相似程度來(lái)表征技術(shù)主題內(nèi)各類(lèi)技術(shù)的耦合情況;②分布均勻程度TGC使用“基尼系數(shù)”來(lái)反映技術(shù)主題下各類(lèi)技術(shù)交叉的情況。

第三,技術(shù)涵蓋面(T3)。技術(shù)涵蓋面主要從技術(shù)多樣程度、科學(xué)關(guān)聯(lián)指數(shù)、學(xué)科覆蓋比率和引用分布指數(shù)四個(gè)維度來(lái)表征顛覆性技術(shù)“影響力大”的特點(diǎn)[11]:①技術(shù)多樣程度TAN表示技術(shù)主題內(nèi)不同技術(shù)類(lèi)別平均數(shù)目,反映技術(shù)類(lèi)別多樣化程度[16];②科學(xué)關(guān)聯(lián)指數(shù)TSR的值越大,表明技術(shù)主題包含的科技文獻(xiàn)數(shù)量越多,影響的科學(xué)研究越多[18];③學(xué)科覆蓋比率TCR的值越大,表明技術(shù)主題涉及的技術(shù)類(lèi)別越多,影響的學(xué)科覆蓋面越廣[18];④引用分布指數(shù)TCD的值越大,表明技術(shù)主題的前向引用專(zhuān)利所屬的技術(shù)類(lèi)別數(shù)量越多,后續(xù)影響范圍越大。

基于上述分析,本文構(gòu)建出顛覆性技術(shù)突變值測(cè)度指標(biāo)體系,具體指標(biāo)構(gòu)成及計(jì)算方法如表1所示。

表1 顛覆性技術(shù)突變值測(cè)度指標(biāo)體系

1.1.3 顛覆性技術(shù)突變值計(jì)算

顛覆性技術(shù)演進(jìn)中可匹配突變現(xiàn)象的“多模態(tài)”“不可達(dá)”及“發(fā)散”等特征[23]。突變模型實(shí)質(zhì)上是根據(jù)指標(biāo)數(shù)量確定模型的歸一化公式,再結(jié)合已構(gòu)建的指標(biāo)體系層層向上,最終得到技術(shù)突變值[24]。主要突變模型及對(duì)應(yīng)的勢(shì)函數(shù)、歸一化方程,見(jiàn)表2。

表2 不同突變類(lèi)型對(duì)應(yīng)的突變模型

本文采用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。熵權(quán)法在計(jì)算的過(guò)程中沒(méi)有主觀的因素,若某指標(biāo)的熵值越小,則表明該指標(biāo)權(quán)重越大[25]。技術(shù)特征各子指標(biāo)在突變模型勢(shì)函數(shù)中的排列順序由其對(duì)應(yīng)的權(quán)重確定,某一子指標(biāo)權(quán)重越大,則該子指標(biāo)被開(kāi)方的次數(shù)越少,由此可得到各子指標(biāo)的分值[13]。

1.2 顛覆性技術(shù)演化模型構(gòu)建

為了能夠客觀呈現(xiàn)技術(shù)的演化性,本文基于主題演化分析法構(gòu)建顛覆性技術(shù)演化模型。主題演化分析充分考慮技術(shù)發(fā)展過(guò)程性[26],能展示技術(shù)演化過(guò)程的特征變化[9],而現(xiàn)有演化模型無(wú)法嚴(yán)格區(qū)分顛覆性技術(shù)與突變性技術(shù)等?；诖?本文在顛覆性技術(shù)突變模型基礎(chǔ)上,結(jié)合顛覆性技術(shù)演進(jìn)特征及“主題挖掘模型”[4],構(gòu)建顛覆性技術(shù)演化模型,實(shí)現(xiàn)技術(shù)演化值的計(jì)算(見(jiàn)圖3)。具體過(guò)程如下:

圖3 顛覆性技術(shù)演化模型

首先,構(gòu)建技術(shù)主題詞庫(kù),采用C-Value[27]算法處理數(shù)據(jù)集,抽取各文獻(xiàn)的候選術(shù)語(yǔ),再采用TF-IDF[28]算法計(jì)算術(shù)語(yǔ)權(quán)重,選定高權(quán)重術(shù)語(yǔ)作為關(guān)鍵詞,結(jié)合技術(shù)領(lǐng)域知識(shí)篩選關(guān)鍵詞組成技術(shù)主題詞庫(kù)。其次,提取技術(shù)主題熱點(diǎn),采用K-Means方法進(jìn)行聚類(lèi),結(jié)合關(guān)鍵詞的數(shù)量和詞頻進(jìn)一步融合聚類(lèi)信息[28],提取不同時(shí)間段的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。再次,分析技術(shù)演化路徑,不同類(lèi)別技術(shù)的演化路徑相異,漸進(jìn)性技術(shù)的演化呈現(xiàn)為數(shù)量的增減,突變性技術(shù)的演化呈現(xiàn)為位次的升降,根據(jù)本文界定的顛覆性技術(shù)演進(jìn)特征,若某技術(shù)有顯著的連續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì),或是由不同的技術(shù)演化得出,則可認(rèn)為該技術(shù)具有潛在顛覆性。演化路徑中的圓圈大小表示熱度增減,圓圈起伏表示當(dāng)年熱度位次高低。最后,計(jì)算技術(shù)演化值。根據(jù)演化路徑形態(tài)匹配技術(shù)類(lèi)別,識(shí)別出匹配技術(shù)類(lèi)別特征的技術(shù)點(diǎn)。借鑒李乾瑞等[16]的方法,若演化路徑呈現(xiàn)熱度連續(xù)遞增則賦值1,熱度遞減賦值-1,技術(shù)突現(xiàn)賦值3,技術(shù)后續(xù)無(wú)復(fù)現(xiàn)賦值-3,技術(shù)擴(kuò)散賦值3,位次連續(xù)增高賦值2,位次降低賦值-2。選取演化路徑中表現(xiàn)顯著的技術(shù)點(diǎn),分析各技術(shù)點(diǎn)賦值結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)化處理后按所屬技術(shù)主題累加,最后得出技術(shù)主題演化值。

1.3 基于“突變-演化”模型的顛覆性技術(shù)識(shí)別

基于突變模型與演化模型的計(jì)算結(jié)果,本部分將技術(shù)突變值及技術(shù)演化值映射到平面坐標(biāo)系中,再根據(jù)技術(shù)類(lèi)別特征將各技術(shù)主題分類(lèi)。顛覆性技術(shù)兼具“突變顯著”[17]及“演化迅速”[29]等特點(diǎn),表現(xiàn)為技術(shù)演化值與技術(shù)突變值都相對(duì)較高;突變性技術(shù)突變特征明顯,但演化較慢,表現(xiàn)為技術(shù)突變值較大而技術(shù)演化值較小;漸進(jìn)性技術(shù)表現(xiàn)為兩項(xiàng)指標(biāo)都較小。再經(jīng)行業(yè)技術(shù)專(zhuān)家咨詢(xún)建議,將顛覆性技術(shù)判定閾值劃分為:技術(shù)突變值在0.655～0.955之間,技術(shù)演化值在0.155～0.355之間;突變性技術(shù)判定閾值劃分為:技術(shù)突變值在0.655～0.955之間,技術(shù)演化值在0.025～0.355之間;漸進(jìn)性技術(shù)判定閾值劃分為:技術(shù)突變值在0.405～0.605之間,技術(shù)演化值在0.025～0.355之間。最終根據(jù)技術(shù)類(lèi)別閾值區(qū)間在坐標(biāo)系中將技術(shù)主題歸類(lèi),識(shí)別出顛覆性技術(shù)。

2 顛覆性技術(shù)識(shí)別模型應(yīng)用:以集成電路材料為例

集成電路材料技術(shù)的突破是實(shí)現(xiàn)器件革新及工藝升級(jí)的前提。但是,當(dāng)前學(xué)術(shù)界對(duì)集成電路材料領(lǐng)域的研究主要集中在材料的性能提高和應(yīng)用拓展上,較少去挖掘該領(lǐng)域內(nèi)潛在的顛覆性技術(shù)。因此,本部分以集成電路材料為例,運(yùn)用“突變-演化”模型去識(shí)別該技術(shù)領(lǐng)域的顛覆性技術(shù),識(shí)別結(jié)果將對(duì)未來(lái)集成電路材料顛覆性技術(shù)的前瞻布局具有指導(dǎo)意義。

2.1 專(zhuān)利數(shù)據(jù)采集

本文借鑒劉云等[30]的研究方法,首先從文獻(xiàn)資料中提取集成電路材料技術(shù)主題,初步建立技術(shù)分類(lèi)體系;其次,參考《集成電路產(chǎn)業(yè)全書(shū)》、《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等資料制定各技術(shù)主題的專(zhuān)利檢索策略;最后,建立集成電路材料主題分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),包括硅片及硅基襯底材料、非硅基襯底材料、光刻膠、掩模版、拋光材料、靶材、電子特種氣體、工藝化學(xué)品以及封裝材料9類(lèi)(見(jiàn)表3)。

表3 集成電路材料技術(shù)主題分類(lèi)

本文以IncoPat專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)的公開(kāi)專(zhuān)利為基礎(chǔ),考慮到專(zhuān)利數(shù)據(jù)的完整性,設(shè)定時(shí)間檢索區(qū)間為2014年1月1日到2022年12月31日,檢索日期為2023年4月1日,結(jié)合前文的技術(shù)主題分類(lèi)進(jìn)行專(zhuān)利檢索。通過(guò)人工去噪后,初步檢索得到9大技術(shù)主題的專(zhuān)利共計(jì)85 358項(xiàng),經(jīng)數(shù)據(jù)清洗與處理后,共獲得有效專(zhuān)利52 676項(xiàng)。

2.2 技術(shù)突變值計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表1中的計(jì)算公式,分別計(jì)算9個(gè)集成電路材料技術(shù)主題的技術(shù)特征指標(biāo)值,標(biāo)準(zhǔn)化處理后結(jié)果如表4所示。其中,在計(jì)算TAD時(shí),由于每個(gè)技術(shù)主題內(nèi)所含的IPC主分類(lèi)號(hào)小類(lèi)數(shù)量不一,需要選取每個(gè)技術(shù)主題下IPC小類(lèi)專(zhuān)利數(shù)量排名靠前的10個(gè)小類(lèi)進(jìn)行類(lèi)別相似度測(cè)算。在計(jì)算TCD時(shí),選取每個(gè)技術(shù)主題下被引證次數(shù)由大到小排名前500的專(zhuān)利,檢索目標(biāo)專(zhuān)利的施引專(zhuān)利,計(jì)算前向引用專(zhuān)利所包含的IPC小類(lèi)類(lèi)別總數(shù)量。

表4 標(biāo)準(zhǔn)化處理后各主題技術(shù)特征指標(biāo)值

將各特征指標(biāo)值代入到顛覆性技術(shù)突變模型中,先運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算出底層指標(biāo)權(quán)重并排序,再根據(jù)歸一化方程及指標(biāo)相關(guān)性求取上層指標(biāo)值(見(jiàn)表5)。

表5 演化特征指標(biāo)權(quán)重及突變模型

以“非硅基襯底材料”主題為例,二級(jí)指標(biāo)T1包含3個(gè)三級(jí)指標(biāo),匹配燕尾突變模型,指標(biāo)排序?yàn)門(mén)ER>TAC>TII,且指標(biāo)數(shù)據(jù)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性,可以使用“互補(bǔ)原則”,故:

二級(jí)指標(biāo)T2包含2個(gè)三級(jí)指標(biāo),匹配尖點(diǎn)突變模型,指標(biāo)排序?yàn)門(mén)AD>TGC,指標(biāo)間存在相關(guān)性,故:

二級(jí)指標(biāo)T3包含4個(gè)三級(jí)指標(biāo),匹配蝴蝶突變模型,指標(biāo)排序?yàn)門(mén)AN>TSR>TCR>TCD,指標(biāo)間存在相關(guān)性,故:

一級(jí)指標(biāo)T包含3個(gè)二級(jí)指標(biāo),匹配燕尾突變模型,指標(biāo)排序T2>T3>T1,因?yàn)轭嵏残约夹g(shù)在其技術(shù)生命周期的不同時(shí)間段呈現(xiàn)的特征不一,所以用于表征顛覆性技術(shù)階段性特征的二級(jí)指標(biāo)間無(wú)明顯相關(guān)性,采用“非互補(bǔ)原則”,大中取小,故:

按照以上步驟,計(jì)算出“非硅基襯底材料”的技術(shù)突變值為0.773,進(jìn)而計(jì)算其他主題的技術(shù)突變值,計(jì)算結(jié)果如圖4所示,技術(shù)突變值越大則圓弧越完整,可得出突變顯著的技術(shù)主題為:A4(掩模版)、A3(光刻膠)、A5(拋光材料)、A7(電子特種氣體)、A2(非硅基襯底材料)。

圖4 集成電路材料各主題技術(shù)突變值

2.3 技術(shù)演化值計(jì)算結(jié)果

在突變模型數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上,本部分按顛覆性技術(shù)演化模型的步驟,利用科技文本分析軟件ITGInsight[31],對(duì)2014-2022年集成電路材料9大技術(shù)主題進(jìn)行演化分析。

首先,提取各技術(shù)主題專(zhuān)利數(shù)據(jù)項(xiàng),設(shè)置過(guò)濾器、停用詞表、字典,經(jīng)數(shù)據(jù)清洗生成數(shù)據(jù)分析文件“.dataset”,再轉(zhuǎn)化為可視化文件“.itgn”。進(jìn)一步地,分析技術(shù)術(shù)語(yǔ),篩選TF-IDF相對(duì)值大于0.002作為技術(shù)關(guān)鍵詞,并由大到小排列(見(jiàn)表6),組成集成電路材料技術(shù)主題詞庫(kù)。

表6 集成電路材料技術(shù)關(guān)鍵詞庫(kù)

其次,采用K-Means算法對(duì)技術(shù)關(guān)鍵詞進(jìn)行主題聚類(lèi),使用ITGInsight軟件輸出主題趨熱情況,可得出近10年集成材料領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)主要集中在“光刻膠”“氮化物”“單晶硅”等主題。

再次,結(jié)合時(shí)間維度,繪制集成電路材料領(lǐng)域技術(shù)演化圖(見(jiàn)圖5)。由演化模型的分析方法可知,近10年間“光刻膠”“等離子體”等一直保持著熱度,再?gòu)难莼窂教卣髦锌梢酝贫ā肮饪棠z”“納米材料”為候選顛覆性技術(shù)。“碳化硅”“氧化鋅”“磷化銦”等技術(shù)點(diǎn)的演化路徑中呈現(xiàn)技術(shù)突現(xiàn)、擴(kuò)散的特點(diǎn),可推定為潛在顛覆性技術(shù)。

圖5 集成電路材料技術(shù)演化圖

以“等離子體”為例,等離子體材料可引入選擇性氣體,在硅晶圓表面高精度刻蝕加工,也是薄膜沉積的關(guān)鍵材料,2014-2015年技術(shù)點(diǎn)在熱度和位次上都有明顯的遞增,賦值3;2015-2016年位次降低,賦值-2;2016-2017年熱度和位次都大幅降低,賦值-3;演化分析直至2022年,累加各年度賦值并除以總時(shí)間跨度,可得演化累積值為0.111。同樣的方法,可以計(jì)算各技術(shù)點(diǎn)賦值,見(jiàn)表7。

表7 集成電路材料技術(shù)演化分析

最后,結(jié)合演化路徑賦值規(guī)則,逐年判斷演化顯著的技術(shù)點(diǎn)形態(tài),按所屬技術(shù)主題歸類(lèi)累加,再歸一化處理后可得各主題的技術(shù)演化值,見(jiàn)表8。

表8 集成電路材料各主題技術(shù)演化值

2.4 集成電路材料顛覆性技術(shù)識(shí)別結(jié)果及驗(yàn)證

結(jié)合上述分析結(jié)果,將“突變-演化”模型的技術(shù)識(shí)別結(jié)果映射到平面坐標(biāo)系中,橫軸為技術(shù)突變值,縱軸為技術(shù)演化值,繪制技術(shù)識(shí)別坐標(biāo)圖。根據(jù)技術(shù)類(lèi)別判定規(guī)則,將“非硅基襯底材料”“封裝材料”和“光刻膠”等主題歸類(lèi)為顛覆性技術(shù),將“電子特種氣體”“拋光材料”和“掩模版”等主題歸類(lèi)為突變性技術(shù),其余可歸類(lèi)為漸進(jìn)性技術(shù)(見(jiàn)圖6)。

圖6 集成電路材料技術(shù)識(shí)別坐標(biāo)圖

相較于已有研究中僅采用突變模型的顛覆性技術(shù)識(shí)別結(jié)果[13],本文采用的基于“突變-演化”模型的顛覆性技術(shù)識(shí)別方法,不僅客觀測(cè)度了技術(shù)的突變性,還直觀呈現(xiàn)了技術(shù)的演化性,實(shí)現(xiàn)了顛覆性技術(shù)演進(jìn)規(guī)律的充分把握。為了進(jìn)一步驗(yàn)證模型的識(shí)別結(jié)果,借鑒陳旭等[25]的驗(yàn)證方法,本文將候選顛覆性技術(shù)與《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2021版)》《通過(guò)創(chuàng)新引領(lǐng)美國(guó)半導(dǎo)體研發(fā)》《美國(guó)創(chuàng)新、美國(guó)增長(zhǎng):國(guó)家半導(dǎo)體技術(shù)中心愿景》及《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等政策報(bào)告進(jìn)行比對(duì)。近幾年,西方國(guó)家加強(qiáng)了在“3D堆疊器件”“二維材料”等技術(shù)投資,優(yōu)先保障“先進(jìn)光刻工藝”等材料供應(yīng)鏈的安全自主。我國(guó)2021版的重點(diǎn)新材料目錄將“氮化鎵單晶襯底”等列為關(guān)鍵戰(zhàn)略材料;“十四五”規(guī)劃將“寬禁帶半導(dǎo)體”的發(fā)展列為科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)任務(wù),并要求加快“光刻膠”等高純材料關(guān)鍵技術(shù)突破。由此可見(jiàn),各國(guó)政府都敏銳洞察到“光刻膠”“封裝材料”“非硅基襯底材料”等技術(shù)主題的顛覆性,并積極進(jìn)行戰(zhàn)略布局,這也充分印證了本文提出的“突變-演化”模型在顛覆性技術(shù)識(shí)別上的有效性和實(shí)用性。

3 研究結(jié)論

精準(zhǔn)識(shí)別顛覆性技術(shù)有助于國(guó)家錨定科研布局方向。本文基于對(duì)顛覆性技術(shù)突變特征及演化路徑的深刻理解,構(gòu)建顛覆性技術(shù)“突變-演化”的識(shí)別模型,并結(jié)合2014-2022年的全球集成電路材料領(lǐng)域的專(zhuān)利數(shù)據(jù)展開(kāi)應(yīng)用研究。本文得到的主要研究結(jié)論如下:

第一,構(gòu)建了顛覆性技術(shù)突變模型。本文基于顛覆性技術(shù)的演進(jìn)特征,從初期影響力、交叉耦合度、技術(shù)涵蓋面三個(gè)維度出發(fā),構(gòu)建特征指標(biāo)體系,并結(jié)合熵值法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重匹配突變模型,計(jì)算出技術(shù)突變值,篩選出突變顯著的集成電路材料主題為:掩模版、光刻膠及拋光材料等。

第二,構(gòu)建顛覆性技術(shù)演化模型。本文基于顛覆性技術(shù)演化過(guò)程中的特征變化,從技術(shù)主題詞庫(kù)、技術(shù)熱點(diǎn)演化兩個(gè)維度出發(fā),分析技術(shù)演化路徑的變化,并結(jié)合時(shí)間維度區(qū)分不同技術(shù)類(lèi)別的技術(shù)路徑,計(jì)算出技術(shù)演化值,選出演化特征明顯的集成電路材料主題為:光刻膠、封裝材料及非硅基襯底材料等。

第三,我國(guó)集成電路材料產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期受制于人,先進(jìn)材料存在著被其他國(guó)家和地區(qū)“斷供”的風(fēng)險(xiǎn)。本文利用“突變-演化”顛覆性技術(shù)識(shí)別模型,基于集成電路材料九大技術(shù)主題的專(zhuān)利數(shù)據(jù),識(shí)別出集成電路材料顛覆性技術(shù)主要存在于:一是光刻膠,包括納米壓印光刻膠,大分子自組光刻膠、極紫外光刻膠、電子束光刻膠等;二是非硅基襯底材料,包括化合物半導(dǎo)體、碳納米管、石墨烯、二維層狀材料等;三是封裝材料,包括聚酰亞胺、積層絕緣介質(zhì)材料、熱固性環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)基板材料等。該結(jié)果與目前集成電路材料領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展情況較為一致,也證明了本文所構(gòu)建“突變-演化”顛覆性技術(shù)識(shí)別模型具有一定的科學(xué)性和合理性。

相較于該領(lǐng)域的已有文獻(xiàn),本文彌補(bǔ)了現(xiàn)有研究對(duì)于顛覆性技術(shù)演進(jìn)特征界定、突變模型匹配及演化路徑分析的不足,實(shí)現(xiàn)了對(duì)顛覆性技術(shù)的精準(zhǔn)識(shí)別,為后續(xù)相關(guān)研究提供了一定的借鑒。然而,受限于專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)的影響,本文構(gòu)建的識(shí)別模型在未來(lái)也需要進(jìn)一步優(yōu)化:一是豐富突變模型的指標(biāo)篩選,二是拓展演化模型的分析步驟。