Power Diamond Systems (PDS), un startup japonez originar de la Universitatea Waseda, se impune rapid ca un pionier în fabricarea de semiconductori de putere de generație următoare folosind diamante sintetice. La Semiconductor Japan 2025, compania a avut o prezență puternică, dezvăluind tranzistoare MOSFET (metal-oxid-semiconductor field-effect transistors) de putere pe bază de diamant, concepute pentru aplicații de înaltă tensiune și temperatură înaltă. În special, PDS a demonstrat această tehnologie în sistemul său integrat de evaluare, validând funcționarea cu succes a dispozitivelor încapsulate - marcând prima verificare publică a performanței semiconductorilor de diamant încapsulați.
Aceste tranzistoare MOSFET de putere cu formă de diamant sunt proiectate meticulos pentru a rezista la sute de volți, demonstrând o durabilitate și o eficiență care depășesc cu mult produsele comparabile din siliciu (Si) și chiar din carbură de siliciu (SiC). PDS preconizează că aceste dispozitive vor fi utilizate în cele din urmă în domenii precum vehiculele electrice (EV), platformele aerospațiale și sateliții de comunicații, unde există provocări severe de proiectare în ceea ce privește stresul termic, radiațiile și densitatea de putere. Deși tehnologia se află încă în faza de cercetare și dezvoltare, compania intenționează să colaboreze cu potențiali parteneri din industrie pentru a realiza comercializarea până în anii 2030.
Ambițiile PDS se extind mult dincolo de piața internă. În iulie 2025, startup-ul a anunțat un parteneriat comun de cercetare cu Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială (JAXA) pentru a testa tranzistoarele MOSFET de putere cu diamant în medii spațiale reale. Această colaborare își propune să verifice durabilitatea acestor dispozitive în condiții intense de radiații, vid și cicluri termice, comune în operațiunile planetare și satelitare. Testarea performanței și fiabilității la sol este planificată să înceapă în anul fiscal 2025 (aprilie 2025 - martie 2026). Această fază va evalua stabilitatea mecanică și electronică a dispozitivelor înainte de a trimite componentele către o platformă orbitală de testare sau o misiune în spațiul cosmic.
Diamantul, ca substrat semiconductor, posedă numeroase avantaje inerente. Se mândrește cu cea mai mare conductivitate termică cunoscută dintre toate solidele, o rezistență excelentă la radiații și o bandă interzisă largă, ceea ce îl face un material ideal pentru aplicații de înaltă tensiune. Aceste proprietăți permit dispozitivelor pe bază de diamant să funcționeze la temperaturi și tensiuni mai ridicate decât carbura de siliciu (SiC) sau nitrura de galiu (GaN), redefinind potențial electronica de putere în viitoarele aplicații aerospațiale, de apărare și în vehiculele electrice de înaltă performanță.
Până în prezent, prototipurile PDS au atins densități de putere record, plasând compania în avangarda inovației în semiconductori. Deși producția de masă mai este la câțiva ani distanță, PDS este pregătită să devină lider în semiconductorii de putere de ultra-înaltă performanță în următorul deceniu, datorită avantajelor fizice ale diamantului, ingineriei dispozitivelor integrate vertical și colaborărilor cu instituțiile.
Semiconductorii de putere pe bază de diamant, precum cei produși de PDS, pot afecta iluminatul LED, dar acest impact este în principal indirect și la nivel de sistem. Cel mai mare impact constă în gestionarea termică, eficiența driverelor, fiabilitatea și anumite aplicații de mediu solicitante.
Eficiență și miniaturizare la nivel de sistem
Tranzistoarele MOSFET de putere Diamond pot comuta tensiuni înalte cu pierderi mai mici, îmbunătățind eficiența conversiei AC-DC și DC-DC a driverelor pentru corpurile de iluminat LED de mare putere, cum ar fi iluminatul stradal, iluminatul stadionelor și iluminatul grădinilor.
Eficiența crescută a driverului se traduce prin reducerea căldurii reziduale, permițând radiatoare mai mici, designuri de corpuri de iluminat mai compacte sau lumeni mai mari per corp de iluminat în cadrul unui buget de putere dat.
Management termic și durată de viață
Excelenta conductivitate termică a diamantului îl face valoros nu doar ca semiconductor activ, ci și ca material de disipare a căldurii în modulele LED și plăcile de driver.
Utilizarea substraturilor cu diamant sau a plăcilor de circuit în LED-urile de mare putere s-a dovedit a prelungi semnificativ durata de viață a componentelor, deoarece reduce temperatura joncțiunii, un mecanism critic de defecțiune în sistemele LED de mare putere.
Medii dure și iluminat special
Electronica cu diamant și potențialele LED-uri cu diamant sunt potrivite pentru medii extreme, cum ar fi temperaturi ridicate, presiuni ridicate, radiații sau substanțe chimice corozive (de exemplu, instalații industriale, subterane, aerospațiale, energie nucleară).
Pentru industria LED-urilor, acest lucru se traduce în linii de produse de nișă: corpuri de iluminat pentru medii dure, lumini de semnalizare critice și surse de lumină dedicate de măsurare sau UV/sterilizare pentru îmbătrânirea rapidă a LED-urilor sau driverelor convenționale.
Integrare cu nitrură de galiu și LED-uri de mare putere
Studiile care combină pelicule de diamant cu nitrură de galiu au arătat că performanța termică a LED-urilor de mare putere poate fi îmbunătățită semnificativ prin difuzarea și extragerea mai eficientă a căldurii din cip.
Prin încapsularea dispozitivelor de putere cu diamant și a LED-urilor GaN pe un substrat de diamant, producătorii pot crește și mai mult curentul de acționare și densitatea de putere fără a sacrifica fiabilitatea, obținând astfel pachete de mare putere mai luminoase și mai robuste.