发明创造名称：半导体发电法及由此制造的半导体发电机
外观设计名称：
决定号：187839
决定日：2019-08-27
委内编号：1F249175
优先权日：
申请（专利）号：201310257411.4
申请日：2013-06-16
复审请求人：贺新
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：刘利芳
合议组组长：熊洁
参审员：孙学锋
国际分类号：H01L35/00,H01L35/28
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第4款
决定要点
：如果一技术方案不符合自然规律、不能实施，则该技术方案不具备实用性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201310257411.4，名称为“半导体发电法及由此制造的半导体发电机”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为贺新。本申请的申请日为2013年06月16日，公开日为2013年10月23日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2018年01月19日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：本申请权利要求1-23以及说明书内容不符合专利法第22条第4款有关实用性的规定。驳回决定所依据的文本为：申请日2013年06月16日提交的说明书第1-18、26、35-61段；2014年02月08日提交的说明书附图、说明书摘要、摘要附图；2014年06月06日提交的权利要求第1-23项，说明书第19-23、25段；2015年10月29日提交的说明书第24、27-34段。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种半导体发电方法其特征是：主要使用半导体材料构成用于发电的发电体系，造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，从而使载流子由浓度大处向浓度小处扩散，利用载流子浓差扩散产生正、负电荷，并使所产生的正、负电荷形成电势差，以两导体为电极分别与形成电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使一个电极带上正电荷、另一个电极带上负电极，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。
2. 根据权利要求1所说的半导体发电方法其特征在于利用半导体材料的掺杂性，或者利用半导体材料与导体材料之间的整流接触，造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差。
3. 根据权利要求1所说的半导体发电方法其特征在于引起有半导体材料所构成的发电体系表面层载流子浓度发生变化；使有半导体材料所构成的发电体系表面带上电荷。
4. 根据权利要求1或3所说的半导体发电方法其特征在于利用载流子浓差扩散产生的正、负电荷所产生的电场，至少一部分分布在发电体系的体外空间。
5. 根据权利要求1或3或4所说的半导体发电方法其特征在于利用载流子浓差扩散所产生的正、负电荷在有半导体材料所构成的发电体系的体外形成电势差。
6. 根据权利要求1或3或4或5所说的半导体发电方法其特征在于造成有半导体材料所构成的发电体系本身存在载流子的浓度差是包括一部分表面在内的发电体系的一部分与包括另一部分表面在内的发电体系的另一部分之间存在载流子的浓度差，载流子浓差扩散后，使有半导体材料所构成的发电体系表面带上电荷；或/和利用带电体内的电荷要向其表面分布的特性使有半导体材料所构成的发电体系因载流子浓差扩散而在其体内所产生的电荷向其表面分布。
7. 根据权利要求1或2所说的半导体发电方法其特征在于造成一块半导体所构成的发电体系的该半导体的不同部位存在载流子的浓度差；或者造成不同半导体与半导体所构成的发电体系的不同半导体之间存在载流子的浓度差；或者造成以整流接触的半导体与导体所构成的发电体系的半导体与导体之间存在载流子的浓度差。
8. 一种半导体发电机其特征在于该半导体发电机主要由半导体材料构成，有半导体材料所构成的半导体发电机本身固有载流子的浓度差，利用载流子浓差扩散产生电动势，有两金属电极分别与发电机带正、负电荷的部位以欧姆接触相联接。
9. 根据权利要求1或3所说的半导体发电方法其特征是：利用半导体材料载流子的浓度 和数量可以通过所掺杂质的浓度和数量来决定的特性，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的掺杂，造成该半导体中存在一种载流子的浓度差，使该半导体中的载流子从浓度大处向浓度小处扩散，引起半导体两部分表面载流子浓度发生变化，使该半导体的一部分表面带上正电荷另一部分表面带上负电荷，使表面正、负电荷所产生的电场至少一部分分布在半导体的体外，从而使半导体表面正、负电荷在半导体体外建立电势差，用两金属为电极分别与该半导体具有电势差的表面带有电荷的部位以欧姆接触相联接，与表面带正电荷的部位相联接的电极带正电荷是发电机正极、与表面带负电荷的部位相联接的电极带负电荷是发电机负极。
10. 根据权利要求9所说的半导体发电方法其特征是：利用半导体掺杂工艺，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的不均匀掺杂，使该半导体包括其表面一部分杂质浓度大、另一部分包括其表面杂质浓度小，从而造成该半导体中包括两部分表面在内存在一种载流子的浓度差。
11. 根据权利要求9所说的半导体发电方法其特征是：利用半导体掺杂工艺，通过对用来制造半导体发电机的一块完整的本征半导体进行一种杂质的部分掺杂，使该半导体中包括表面一部分成为掺杂半导体、另一部分是没有掺任何杂质的本征半导体，从而造成该半导体的两部分之间包括两部分表面在内存在一种载流子的浓度差。
12. 一种半导体晶体块发电机其特征是：一块完整的半导体晶体块中掺有一种杂质，该杂质从半导体的一端端面开始向另一端端面呈均匀或非均匀的浓度梯度，该半导体经过一种杂质的掺杂后所产生的一种载流子从该半导体的一端端面向另一端端面呈均匀或非均匀的浓度梯度，从而使该半导体本身固有一种载流子的浓度差，经过载流子浓差扩散后半导体的一部分表面层带有正电荷、一部分表面层带有负电荷，有两金属电极分别与带有正、负电荷的面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带有正电荷是发电机正极、与带负电荷的面相联接的电极带有负电荷是发电机负极。
13. 根据权利要求12所说的半导体晶体块发电机其特征在于所说的半导体晶体块的形状是两端端面在一条直线上互为背面的半导体晶体块、或者是两端端面相互正对相互平行的半环形半导体晶体块、或者是U形半导体晶体块。
14. 一种半导体晶体块发电机其特征是：一块完整的半导体晶体块包括一个端面在内的一部分半导体是掺有一种杂质的掺杂半导体、包括另一个端面在内的另一部分半导体是没有掺任何杂质的本征半导体，从而使该半导体晶体块本身固有一种载流子的浓度差，经过载流子浓差扩散后半导体的一部分表面层带有正电荷一部分表面层带有负电荷，有两金属电极分别 与带有正、负电荷的面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带有正电荷是发电机正极、与带负电荷的面相联接的电极带有负电荷是发电机负极。
15. 根据权利要求14所说的半导体晶体块发电机其特征在于所说的半导体晶体块的形状是两端端面在一条直线上互为背面的半导体晶体块、或者是两端端面相互正对相互平行的半环形半导体晶体块、或者是U形半导体晶体块。
16. 一种H形半导体晶体块发电机其特征是：一块完整的外形为H形的半导体，其相互正对的两部分半导体相互正对、相互平行，中间部分半导体的横切面积小于相互正对的两部分的正对面面积并与相互正对的两部分半导体两正对面中心位置垂直联接，相互正对的半导体两正对面除与中间部分的联接处以外四周都有余面，该H形半导体晶体块中掺有一种杂质本身固有一种载流子的浓度差，经过该种载流子的浓差扩散后相互正对的两部分半导体两正对面上分别带有正、负异号电荷，有两金属电极分别与该H形半导体相互正对的带有异号电荷的两部分半导体的两正对面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带正电荷是发电机正极、与带负电荷的面相联接的电极带负电荷是发电机负极。
17. 根据权利要求1或3所说的半导体发电方法其特征是：使有半导体材料所构成的发电体系有两部分表面隔空相对，造成有两部分表面隔空相对的有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，使载流子因浓差扩散所产生的正电荷至少一部分分布在发电体系隔空相对的一部分表面上，使载流子因浓差扩散所产生的负电荷至少一部分分布在发电体系隔空相对的另一部分表面上，从而使发电体系隔空相对的两部分表面上的正、负电荷所产生的电场主要分布在它们相互对着之间的空间，使发电体系两部分表面上的正、负电荷在它们相互对着的空间建立电势差，以两导体为电极分别与在体外具有电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使与带正电荷的部位相联接的电极带上正电荷、使与带负电荷的部位相联接的电极带上负电荷，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。
18. 一种U形半导体晶体块发电机其特征是构成发电机的半导体晶体块是外形为U形并且是完整的半导体晶体块，其两臂相互正对、相互平行，两臂中的一臂为P型半导体、另一臂为N型半导体，与两臂相联接的U字形中间部分是没有掺任何杂质的本征半导体，U型半导体晶体块本身固有载流子的浓度差，两金属电极分别与两臂半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的金属电极带正电荷为发电机正极、与P型半导体相联接的金属电极带负电荷为发电机负极。
19. 一种U形半导体晶体块发电机其特征是发电机外形为U形，其两臂相互正对、相互平 行，其中一臂为P型半导体、另一臂为N型半导体，P型半导体中空穴浓度和总数与N型半导体中自由电子浓度和总数相等，分别与两臂相互垂直并以整流接触相联接的U字形中间部分为一金属，其接触面积相等接触相互吻合，两金属电极分别与两臂半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的金属电极带正电荷为发电机正极、与P型半导体相联接的金属电极带负电荷为发电机负极。
20. 根据权利要求1或3所说的半导体发电方法其特征是：使有半导体材料所构成的发电体系外形为H形，H形发电体系的中间部分的横断面面积分别小于相互正对的两部分的两正对面面积，相互正对的两部分的两正对面除与中间部分的联接处以外四周都有余面，造成有半导体材料所构成的H形发电体系本身固有载流子的浓度差，使发电体系因载流子浓差扩散所产生的正、负电荷主要分别分布在相互正对的两部分的两正对面上，从而使带有异号电荷的相互正对的两个正对面上的异号电荷在二者之间的空间产生电场，使发电体系两正对面上的正、负电荷在它们相互正对的空间建立电势差，以两金属为电极分别与具有电势差的带有异号电荷的两个面以欧姆接触相联接，与带正电荷的面相联接的电极带正电荷是发电机正极，与带负电荷的面相联接的电极带负电荷是发电机负极，用导线联接发电机正、负电极则在导线中产生电流。
21. 一种H形半导体晶体块发电机其特征是构成该发电机的半导体是一块完整的外形为H形的半导体晶体块，该H形半导体晶体块发电机是由体积相等、相互正对、相互平行、正对面积相等、正对面形状一样的P型半导体和N型半导体以及在该P型半导体和该N型半导体中间且横断面积小于该两种半导体正对面面积并分别与该两种半导体垂直联接的本征半导体构成，有两金属电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接、与N型半导体相联接的电极带正电荷是发电机正极、与P型半导体相联接的电极带负电荷是发电机的负极。
22. 一种H形半导体晶体块发电机其特征是由两块体积相等、载流子浓度和总数相等、有两个面相互正对、相互平行且正对面积大小相等形状一样的P型半导体和N型半导体以及两种半导体相互正对的两个面中间是一块横切面积小于该两种半导体正对面面积并分别与该两种半导体以整流接触且垂直相联的金属构成，以两金属为电极分别与P型半导体和N型半导体相互正对的带电荷的两个面以欧姆接触相联接，与N型半导体相联接的电极带正电荷是发电机正极、与P型半导体相联接的电极带负电荷是发电机负极。
23. 金属铜、铝用于制作权利要求1-22所述的任一所制造的半导体发电机的电极。”
驳回决定认为：本申请请求保护一种半导体发电法及其半导体发电机，其使半导体材料形成载流子浓度差，使载流子从浓度大处向浓度小处扩散，利用扩散后的产生的正负电荷，形成电势差而发电。然而，本申请说明书中记载的技术方案违背了半导体物理基本规律，是不能实施的：首先，半导体材料，即使是经过掺杂的半导体材料，本身是电中性的，整体是不带电的，其仅是通过在硅（典型的）中掺入三价或五价的元素，使整体材料获得更多的载流子（自由电子或自由空穴）而提高其导电性；因此，两块掺杂浓度不同的半导体材料之间或者同一半导体材料的两个不同掺杂浓度的区域之间并不会产生电流。其次，由于整体材料电中性，所以也不会产生在其表面分布的电荷。第三，半导体材料部分区域掺杂之后，会形成载流子浓度的不均匀，举例N型半导体来说，多数载流子（电子）从浓度高的位置流向浓度低的位置，同时留下带正电的施主离子，施主离子和电子在空间位置上分离会诱生出一个内建电场，该电场会阻止电子进一步扩散；但是由于带正电的施主离子位置是不会随意移动的，因此，并不会在半导体材料表面产生可以自由迁移的电荷，更不会在其他半导体材料之间形成电流。因此，本申请说明书中记载的技术方案违背了半导体物理基本规律，是不能实施的。同时，基于同样的理由，权利要求1-23请求保护的半导体发电法及其制造的发电机，其采用了与说明书相同的工作原理，也违背了半导体物理基本规律，也是不能实施的。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服,于2018年03月11日向国家知识产权局提出了复审请求，没有对申请文件作任何修改。复审请求人认为：本申请的半导体发电法及半导体发电机基本原理正确，具备实用性，符合专利法第22条第4款有关实用性的规定。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年04月25日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：本发明的主要核心在于利用载流子的浓度差扩散形成电动势，但是不利用温度差形成载流子的浓度差，即主要利用掺杂半导体材料将热能特别是自然界中散失的热能转换为电能的发电方法；本发明的实施方式均无法实现。因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年05月15日向复审请求人发出复审通知书，指出：本申请声称可以将由非均匀掺杂产生电势差的半导体两端分别以欧姆接触接上金属电极，再以导线连接两端电极即可在导线中产生电流。这种推论与事实相悖，因为其忽略了金属电极对整个体系的影响。实际上，半导体两端接上金属电极后，半导体内建电场产生的电势差会被两端的金属-半导体接触电势差所抵消，两端金属电极用导线连起来时回路中电动势为零，热平衡状态下的金属-半导体-金属系统对外不能输出电压或电流。因此，本申请所提出的半导体发电的技术方案不能实施，不具有实用性。
复审请求人于2019年06月12日和2019年06月18日两次提交意见陈述书，未修改申请文件。复审请求人认为：本申请的金属-半导体接触为欧姆接触，欧姆接触不产生电势差，也不会将半导体两端内建电场所产生的电势差抵消；而且光伏发电、温差发电也是应用金属电极，并没有因为应用金属电极而不能输出电压或电流。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本
复审请求人在提出复审请求及答复复审通知书时均未修改申请文件，因此本复审决定所针对的文本与驳回决定所针对文本相同，即：申请日2013年06月16日提交的说明书第1-18、26、35-61段；2014年02月08日提交的说明书附图、说明书摘要、摘要附图；2014年06月06日提交的权利要求第1-23项，说明书第19-23、25段；2015年10月29日提交的说明书第24、27-34段。
2、关于专利法第22条第4款
专利法第22条第4款规定：实用性，是指该发明或者实用新型能够制造或者使用，并且能够产生积极效果。
如果一技术方案不符合自然规律、不能实施，则该技术方案不具备实用性。
本申请说明书描述了如下发电方法：利用半导体材料载流子的数量、浓度和种类可以通过掺杂及掺杂杂质数量、浓度和种类不同而能够进行改变和规定的特性，或者利用半导体材料与导体材料（例如金属）之间的整流接触，造成有半导体材料所构成的发电体系本身固有载流子的浓度差，使载流子由浓度大处向浓度小处扩散，引起该发电体系表面层载流子浓度发生变化以破坏其表面的电中性，而且由于带电体静电平衡时电荷只分布在其外表面，因此该发电体系一部分表面带正电荷、一部分表面带负电荷，并使表面正、负电荷所产生的电场至少一部分分布在发电体系的体外空间即形成发电体系的体外空间电场，从而使该发电体系表面正、负电荷在发电体系体外形成电势差，以两导体为电极分别与在体外具有电势差的发电体系的带正电荷的部位和带负电荷的部位以欧姆接触相联接，使与带正电荷的部位相联接的电极带上正电荷、使与带负电荷的部位相联接的电极带上负电荷，用导线联接正、负电极则在导线中产生电流。随着电流流动，两个电极端处分别得到或失去电子，又产生了载流子浓度差，因此浓差扩散继续发生，以维持导线中持续的电流。
合议组认为：上述发电方法违背自然规律，不能实施，不具备实用性，因此不符合专利法第22条第4款的规定。理由如下：
当半导体中由于非均匀掺杂存在载流子浓度差时，载流子从浓度大的部位向浓度小的部位（例如从一端向另一端）扩散，浓度大与浓度小的部位分别失去、得到载流子而带异号电荷（正、负电荷），该正负电荷产生内建电场，内建电场会阻止扩散运动，但同时促使载流子发生漂移运动，漂移运动与扩散运动方向相反，当扩散运动与漂移运动达到动态平衡，扩散电流与漂移电流数值上相等，整个半导体此时处于热平衡状态，整个系统费米能级一致，由于存在内建电场，能带发生弯曲，半导体两端存在电势差。
本申请声称，可以将上述存在电势差的半导体两端分别以欧姆接触接上金属电极，再以导线连接两端电极即可在导线中产生电流。这种推论与事实相悖，因为其忽略了金属电极对整个体系的影响。
实际上，半导体两端接上金属电极后，金属-半导体接触会形成肖特基势垒，又会产生电势差，其界面处的能带也发生弯曲。因为一个系统处于热平衡时，有一个统一的费米能级，因此对于该金属-半导体-金属系统，其也具有一个统一的费米能级，因此若将两端金属连接起来就不会有净的电子流动，因为二者费米能级一致。实际上，前述半导体内建电场产生的电势差会被两端的金属-半导体接触电势差所抵消，两端金属电极用导线连起来时回路中电动势为零，热平衡状态下的该金属-半导体-金属系统对外不能输出电压或电流。
因此，本申请所提出的半导体发电的技术方案不能实施，不具有实用性。
基于此，本申请的权利要求1-23不符合专利法第22条第4款的规定。
3、关于复审请求人的意见
复审请求人认为：本申请的金属-半导体接触为欧姆接触，欧姆接触是小的纯电阻，不产生电势差，因此不会将半导体两端内建电场所产生的电势差抵消；而且光伏发电、温差发电也是应用金属电极，并没有因为应用金属电极而不能输出电压或电流。
合议组认为：（1）首先，欧姆接触并不意味着金属-半导体之间不存在势垒，例如典型的实现欧姆接触的方式即是对半导体进行重掺杂使势垒宽度很窄，从而电子能通过隧穿效应越过势垒。其次，从整体而言，一个系统只要其达到了热平衡状态，就一定具有一个统一的费米能级，这是基本原理。金属-半导体无论以何种方式形成接触，无论是肖特基接触还是欧姆接触，当处于热平衡状态时也必然具有统一的费米能级。对于金属-半导体-金属系统，其也具有一个统一的费米能级，两端金属费米能级一致，将二者连接起来不会有净的电子流动。（2）光伏发电、温差发电的过程中都有外部能量的持续输入，例如太阳能、外部热量的输入，由于有外部能量的持续输入所以他们并不是处于“热平衡状态”，与本申请没有任何外部能量输入的热平衡状态不同。
因此，复审请求人的意见没有说服力。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年01月19日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服,根据专利法第41条第2款的规定,请求人自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。
