Η Εξουσία Διαμάντι Συστήματα (PDS), μια ιαπωνική νεοσύστατη εταιρεία που προέρχεται από το Πανεπιστήμιο Γουασέντα, αναδεικνύεται ραγδαία ως πρωτοπόρος στην κατασκευή ημιαγωγών ισχύος επόμενης γενιάς με χρήση συνθετικού διαμαντιού. Στην έκθεση Ημιαγωγός Ιαπωνία 2025, η εταιρεία πραγματοποίησε μια δυναμική εμφάνιση, αποκαλύπτοντας MOSFET ισχύος (τρανζίστορ φαινομένου πεδίου μετάλλου-οξειδίου-ημιαγωγού) με βάση το διαμάντι, σχεδιασμένα για εφαρμογές υψηλής τάσης και υψηλής θερμοκρασίας. Αξίζει να σημειωθεί ότι η PDS επέδειξε αυτήν την τεχνολογία στο ολοκληρωμένο σύστημα αξιολόγησής της, επικυρώνοντας την επιτυχή λειτουργία συσκευασμένων συσκευών - σηματοδοτώντας την πρώτη δημόσια επαλήθευση της απόδοσης συσκευασμένων ημιαγωγών διαμαντιού.
Αυτά τα MOSFET διαμαντένιας ισχύος έχουν σχεδιαστεί σχολαστικά για να αντέχουν εκατοντάδες βολτ, επιδεικνύοντας ανθεκτικότητα και απόδοση που υπερβαίνουν κατά πολύ τα συγκρίσιμα προϊόντα από πυρίτιο (Σι) και ακόμη και καρβίδιο του πυριτίου (Ούτω). Η PDS προβλέπει ότι αυτές οι συσκευές θα χρησιμοποιηθούν τελικά σε τομείς όπως τα ηλεκτρικά οχήματα (Ηλεκτρικό όχημα), οι αεροδιαστημικές πλατφόρμες και οι δορυφόροι επικοινωνιών, όπου υπάρχουν σοβαρές προκλήσεις σχεδιασμού όσον αφορά τη θερμική καταπόνηση, την ακτινοβολία και την πυκνότητα ισχύος. Ενώ η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη στη φάση έρευνας και ανάπτυξης, η εταιρεία σχεδιάζει να συνεργαστεί με πιθανούς εταίρους της βιομηχανίας για να επιτύχει εμπορευματοποίηση έως τη δεκαετία του 2030.
Οι φιλοδοξίες της PDS εκτείνονται πολύ πέρα από την εγχώρια αγορά. Τον Ιούλιο του 2025, η νεοσύστατη εταιρεία ανακοίνωσε μια κοινή ερευνητική συνεργασία με την Ιαπωνική Υπηρεσία Αεροδιαστημικής Εξερεύνησης (JAXA) για τη δοκιμή των MOSFET διαμαντένιας ισχύος της σε πραγματικά διαστημικά περιβάλλοντα. Αυτή η συνεργασία στοχεύει στην επαλήθευση της ανθεκτικότητας αυτών των συσκευών υπό τις έντονες συνθήκες ακτινοβολίας, κενού και θερμικού κύκλου που είναι συνήθεις σε πλανητικές και δορυφορικές λειτουργίες. Οι δοκιμές επίγειας απόδοσης και αξιοπιστίας έχουν προγραμματιστεί να ξεκινήσουν το οικονομικό έτος 2025 (Απρίλιος 2025 έως Μάρτιος 2026). Αυτή η φάση θα αξιολογήσει τη μηχανική και ηλεκτρονική σταθερότητα των συσκευών πριν από την αποστολή των εξαρτημάτων σε μια τροχιακή πλατφόρμα δοκιμών ή σε μια αποστολή στο βαθύ διάστημα.
Το διαμάντι, ως υπόστρωμα ημιαγωγών, διαθέτει πολλά εγγενή πλεονεκτήματα. Διαθέτει την υψηλότερη γνωστή θερμική αγωγιμότητα από οποιοδήποτε στερεό, εξαιρετική αντοχή στην ακτινοβολία και ευρύ ενεργειακό χάσμα, καθιστώντας το ιδανικό υλικό για εφαρμογές υψηλής τάσης. Αυτές οι ιδιότητες επιτρέπουν στις συσκευές που βασίζονται σε διαμάντια να λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και τάσεις από το καρβίδιο του πυριτίου (Ούτω) ή το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN), επαναπροσδιορίζοντας ενδεχομένως τα ηλεκτρονικά ισχύος σε μελλοντικές εφαρμογές αεροδιαστημικής, άμυνας και ηλεκτρικών οχημάτων υψηλής απόδοσης.
Μέχρι σήμερα, τα πρωτότυπα της PDS έχουν επιτύχει πρωτοποριακές πυκνότητες ισχύος, τοποθετώντας την εταιρεία στην πρώτη γραμμή της καινοτομίας στους ημιαγωγούς. Ενώ η μαζική παραγωγή απέχει ακόμη αρκετά χρόνια, η PDS είναι έτοιμη να γίνει ηγέτης στους ημιαγωγούς ισχύος εξαιρετικά υψηλής απόδοσης την επόμενη δεκαετία, χάρη στα φυσικά πλεονεκτήματα του διαμαντιού, την κάθετα ολοκληρωμένη μηχανική συσκευών και τις συνεργασίες με ιδρύματα.
Οι ημιαγωγοί ισχύος με βάση το διαμάντι, όπως αυτοί που παράγονται από την PDS, μπορούν να επηρεάσουν τον φωτισμό LED, αλλά αυτός ο αντίκτυπος είναι κυρίως έμμεσος και σε επίπεδο συστήματος. Ο μεγαλύτερος αντίκτυπός του έγκειται στη θερμική διαχείριση, την απόδοση του οδηγού, την αξιοπιστία και ορισμένες απαιτητικές περιβαλλοντικές εφαρμογές.
Αποδοτικότητα και σμίκρυνση σε επίπεδο συστήματος
Τα MOSFET διαμαντένιας ισχύος μπορούν να εναλλάσσουν υψηλές τάσεις με χαμηλότερες απώλειες, βελτιώνοντας την απόδοση μετατροπής Κλιματιστικό-Ουάσινγκτον και Ουάσινγκτον-Ουάσινγκτον των οδηγών για φωτιστικά LED υψηλής ισχύος, όπως φώτα δρόμου, φωτισμό σταδίου και φώτα κήπου.
Η αυξημένη απόδοση του οδηγού μεταφράζεται σε μειωμένη απορριπτόμενη θερμότητα, επιτρέποντας μικρότερες ψύκτρες, πιο συμπαγή σχέδια φωτιστικών ή υψηλότερα μονάδα φωτισμού ανά φωτιστικό εντός ενός δεδομένου προϋπολογισμού ισχύος.
Θερμική Διαχείριση και Διάρκεια Ζωής
Η εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα του διαμαντιού το καθιστά πολύτιμο όχι μόνο ως ενεργό ημιαγωγό αλλά και ως υλικό απαγωγής θερμότητας σε μονάδες LED και πλακέτες οδηγών.
Η χρήση υποστρωμάτων ή πλακετών κυκλωμάτων από διαμάντι σε LED υψηλής ισχύος έχει αποδειχθεί ότι παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων, επειδή μειώνει τη θερμοκρασία σύνδεσης, έναν κρίσιμο μηχανισμό αστοχίας σε συστήματα LED υψηλής ισχύος.
Δύσκολα περιβάλλοντα και ειδικός φωτισμός
Τα ηλεκτρονικά συστήματα με διαμάντι και οι πιθανές λυχνίες LED με διαμάντι είναι κατάλληλα για ακραία περιβάλλοντα όπως υψηλές θερμοκρασίες, υψηλές πιέσεις, ακτινοβολία ή διαβρωτικές χημικές ουσίες (π.χ. βιομηχανικές εγκαταστάσεις, υπόγεια, αεροδιαστημική, πυρηνική ενέργεια).
Για τη βιομηχανία LED, αυτό μεταφράζεται σε εξειδικευμένες σειρές προϊόντων: φωτιστικά για σκληρά περιβάλλοντα, φώτα σηματοδότησης κρίσιμης σημασίας και ειδικές πηγές φωτός μέτρησης ή υπεριώδης ακτινοβολία/αποστείρωσης για την ταχεία γήρανση των συμβατικών LED ή οδηγών.
Ενσωμάτωση με νιτρίδιο του γαλλίου και LED υψηλής ισχύος
Μελέτες που συνδυάζουν μεμβράνες διαμαντιού με νιτρίδιο του γαλλίου έχουν δείξει ότι η θερμική απόδοση των LED υψηλής ισχύος μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με την αποτελεσματικότερη διάχυση και εξαγωγή θερμότητας από το τσιπ.
Ενσωματώνοντας συσκευές ισχύος με διαμάντι και LED GaN σε ένα υπόστρωμα διαμαντιού, οι κατασκευαστές μπορούν να αυξήσουν περαιτέρω το ρεύμα οδήγησης και την πυκνότητα ισχύος χωρίς να θυσιάσουν την αξιοπιστία, επιτυγχάνοντας έτσι φωτεινότερα και πιο στιβαρά πακέτα υψηλής ισχύος.