Мощност Диамант Системи (ПДС), японски стартъп, създаден от университета Васеда, бързо се утвърждава като пионер в производството на силови полупроводници от следващо поколение, използващи синтетичен диамант. На изложението Полупроводник Япония 2025 компанията направи силно представяне, представяйки мощни MOSFET (метал-оксид-полупроводникови полеви транзистори) на диамантена основа, проектирани за приложения с високо напрежение и висока температура. Забележително е, че ПДС демонстрира тази технология в своята интегрирана система за оценка, валидирайки успешната работа на корпусирани устройства – отбелязвайки първата публична проверка на производителността на корпусирани диамантени полупроводници.
Тези диамантени MOSFET транзистори са щателно проектирани да издържат на стотици волтове, показвайки издръжливост и ефективност, далеч надвишаващи сравними продукти от силиций (Си) и дори силициев карбид (SiC). ПДС предвижда тези устройства в крайна сметка да бъдат използвани в области като електрически превозни средства (Електромобил), аерокосмически платформи и комуникационни спътници, където съществуват сериозни предизвикателства при проектирането по отношение на термично напрежение, радиация и плътност на мощността. Въпреки че технологията все още е във фаза на научноизследователска и развойна дейност, компанията планира да си сътрудничи с потенциални индустриални партньори, за да постигне комерсиализация до 30-те години на миналия век.
Амбициите на ПДС далеч отвъд вътрешния пазар. През юли 2025 г. стартъпът обяви съвместно изследователско партньорство с Японската агенция за аерокосмически изследвания (ДЖАКСА) за тестване на своите MOSFET транзистори с диамантена енергия в реални космически условия. Това сътрудничество има за цел да провери издръжливостта на тези устройства при интензивни условия на радиация, вакуум и термични цикли, често срещани при планетарни и сателитни операции. Планирано е наземните тестове за производителност и надеждност да започнат през фискалната 2025 година (април 2025 г. до март 2026 г.). Тази фаза ще оцени механичната и електронната стабилност на устройствата, преди компонентите да бъдат изпратени на орбитална тестова платформа или мисия в дълбокия космос.
Диамантът, като полупроводников субстрат, притежава множество присъщи предимства. Той се отличава с най-високата известна топлопроводимост от всички твърди тела, отлична радиационна устойчивост и широка забранена зона, което го прави идеален материал за приложения с високо напрежение. Тези свойства позволяват на устройствата на диамантена основа да работят при по-високи температури и напрежения от силициевия карбид (SiC) или галиевия нитрид (GaN), което потенциално предефинира силовата електроника в бъдещите приложения в аерокосмическата индустрия, отбраната и високопроизводителните електрически превозни средства.
Към днешна дата прототипите на ПДС са постигнали рекордни плътности на мощност, което поставя компанията начело на иновациите в полупроводниците. Въпреки че масовото производство е все още на няколко години разстояние, ПДС е готова да се превърне в лидер в производството на ултрависокопроизводителни силови полупроводници през следващото десетилетие, благодарение на физическите предимства на диаманта, вертикално интегрираното инженерство на устройства и сътрудничеството с институции.
Диамантено-базираните силови полупроводници, като тези, произведени от ПДС, могат да повлияят на Светодиод осветлението, но това въздействие е предимно косвено и на системно ниво. Най-голямото му въздействие се състои в управлението на температурата, ефективността на драйверите, надеждността и някои взискателни екологични приложения.
Ефективност и миниатюризация на системно ниво
Диамантените MOSFET транзистори могат да превключват високи напрежения с по-ниски загуби, подобрявайки ефективността на преобразуване на Климатик-Вашингтон и Вашингтон-Вашингтон на драйверите за мощни Светодиод осветителни тела, като улични лампи, осветление на стадиони и градински лампи.
Повишената ефективност на драйвера води до намалена загуба на топлина, което позволява по-малки радиатори, по-компактни конструкции на осветителни тела или по-висок светлинен поток на осветително тяло в рамките на даден енергиен бюджет.
Термично управление и живот
Отличната топлопроводимост на диаманта го прави ценен не само като активен полупроводник, но и като материал за разсейване на топлината в Светодиод модули и платки с драйвери.
Използването на диамантени субстрати или печатни платки в мощни светодиоди е доказано, че значително удължава живота на компонентите, тъй като намалява температурата на прехода, критичен механизъм за повреда в мощните светодиодни системи.
Сурови среди и специално осветление
Диамантената електроника и потенциалните диамантени светодиоди са подходящи за екстремни среди като високи температури, високо налягане, радиация или корозивни химикали (напр. промишлени предприятия, подземни пространства, аерокосмическа индустрия, ядрена енергетика).
За Светодиод индустрията това се превръща в нишови продуктови линии: осветителни тела за тежки условия на работа, критично важни сигнални светлини и специални измервателни или Ултравиолетово/стерилизиращи източници на светлина за бързо стареене на конвенционалните светодиоди или драйвери.
Интеграция с галиев нитрид и високомощни светодиоди
Проучвания, комбиниращи диамантени филми с галиев нитрид, показват, че топлинните характеристики на мощните светодиоди могат да бъдат значително подобрени чрез по-ефективно разсейване и извличане на топлината от чипа.
Чрез капсулиране на диамантени захранващи устройства и GaN светодиоди върху диамантена подложка, производителите могат допълнително да увеличат тока на задвижване и плътността на мощността, без да жертват надеждността, като по този начин постигат по-ярки и по-здрави корпуси с висока мощност.