Блоки питания на алмазных транзисторах уже рядом — Япония выстроила весь техпроцесс

Целый ряд японских компаний и исследователей приближает коммерческий выход силовой электроники на алмазах. Произойдёт это уже в следующем году и станет широко востребованным к концу текущего десятилетия. По сравнению с кремнием алмазные компоненты могут выдерживать в 50 000 раз большие токи. Это необходимо для электромобилей, электростанций и, в целом, для компактных, надёжных и мощных блоков питания и силовых схем.

Алмазные чипы для роботов, расчищающих радиоактивные руины «Фукусимы». Источник изображения: Ookuma Diamond Device

Если верить японским источникам, японские компании и учёные преуспели в создании алмазных компонентов наиболее впечатляющим образом — представлены технологии, прототипы компонентов и инструменты для их изготовления. В последние годы мы только стали привыкать к силовой электронике на карбиде кремния (SiC) и нитриде галлия (GaN), а алмазы уже обещают их затмить в ряде областей. Так, согласно метрике BFOM (Baliga's Figure of Merit) алмазные силовые элементы на порядок лучше, чем элементы на нитриде галлия и в 80 раз лучше, чем карбид кремния.

Но не всё так просто. Известный своей твёрдостью алмаз невозможно полировать обычными средствами, если речь идёт о пластинах для выращивания чипов и транзисторов, а ведь это стандартная и необходимая процедура для литографического производства компонентов. Собственно, вырастить достаточно большую пластину из алмаза — это тоже непросто. Лишь недавно японская компания Orbray смогла превысить размер пластин в 1 дюйм (2,54 см) и приступила к выпуску 2-дюймовых пластин (5 см), обещая вскоре разработать технологию выпуска 4-дюймовых алмазных подложек (10 см).

С полировкой алмазных подложек обещает помочь японская компания JTEC. Она владеет уникальной технологией полировки поверхностей материалов высокой твердости с использованием плазмы. Ранее JTEC показала способность полировать плазмой монокристаллические алмазные подложки без нанесения повреждений и получила заказы на разработку соответствующего оборудования.

С выращиванием монокристаллических алмазных подложек может помочь компания EDP, которая единственная в Японии производит и продает затравки, из которых изготавливаются синтетические бриллианты для ювелирных изделий. Крупнейшие в мире синтетические монокристаллы также производятся в этой стране, хотя лидируют в этой сфере Китай и Индия. Кстати, единых нормативных требований к синтетическим алмазам нет, что некоторым образом затруднит развитие «алмазной» электроники. Но тут слово и дело за JEDEC или другим органом стандартизации.

По утверждению источника, первую в мире силовую схему, использующую алмазные полупроводники, разработала в 2023 году команда японского университета Сага (Saga University). В декабре 2023 года токийский стартап Power Diamond Systems представил алмазный компонент, способный выдерживать самую большую силу тока в 6,8 А. Компания планирует начать поставки образцов в течение нескольких лет. С практической стороны можно отметить компанию Ookuma Diamond Device, которая строит в префектуре Фукусима завод для выпуска силовых элементов для роботов, устойчивых к радиации, предназначенных для очистки развалин печально известной АЭС «Фукусима».

Устойчивость к радиации и способность выдерживать запредельные для обычных чипов температуры — это гарантия для работы в космосе и авиации, куда алмазы также устремлены, как и вся будущая алмазная электроника.