Компания Власть Бриллиант Системы (ПДС), японский стартап, основанный в Университете Васэда, быстро становится пионером в производстве силовых полупроводников следующего поколения с использованием синтетического алмаза. На выставке Полупроводник Япония 2025 компания продемонстрировала впечатляющие результаты, представив силовые МОП-транзистор-транзисторы (металл-оксид-полупроводниковые полевые транзисторы) на основе алмаза, предназначенные для высоковольтных и высокотемпературных применений. Примечательно, что ПДС продемонстрировала эту технологию в своей интегрированной системе оценки, подтвердив успешную работу упакованных устройств — это стало первым публичным подтверждением производительности упакованных алмазных полупроводников.
Эти силовые МОП-транзистор-транзисторы с алмазным покрытием тщательно спроектированы для работы при напряжении в сотни вольт, демонстрируя долговечность и эффективность, значительно превосходящие аналогичные изделия из кремния (Си) и даже карбида кремния (SiC). Компания ПДС предполагает, что эти устройства в конечном итоге будут использоваться в таких областях, как электромобили (Электромобиль), аэрокосмические платформы и спутники связи, где существуют серьезные проблемы проектирования, связанные с тепловыми нагрузками, излучением и плотностью мощности. Хотя технология все еще находится на стадии исследований и разработок, компания планирует сотрудничать с потенциальными отраслевыми партнерами для достижения коммерциализации к 2030-м годам.
Амбиции ПДС простираются далеко за пределы внутреннего рынка. В июле 2025 года стартап объявил о совместном исследовательском партнерстве с Японским агентством аэрокосмических исследований (ДЖАКСА) для тестирования своих алмазных силовых МОП-транзистор-транзисторов в реальных космических условиях. Цель этого сотрудничества — проверить долговечность этих устройств в условиях интенсивного излучения, вакуума и термических циклов, характерных для работы на планетах и спутниках. Наземные испытания производительности и надежности планируется начать в 2025 финансовом году (с апреля 2025 года по март 2026 года). На этом этапе будет оценена механическая и электронная стабильность устройств перед отправкой компонентов на орбитальную испытательную платформу или в дальний космос.
Алмаз, как полупроводниковая подложка, обладает многочисленными преимуществами. Он имеет самую высокую известную теплопроводность среди всех твердых тел, превосходную радиационную стойкость и широкую запрещенную зону, что делает его идеальным материалом для высоковольтных применений. Эти свойства позволяют устройствам на основе алмаза работать при более высоких температурах и напряжениях, чем карбид кремния (SiC) или нитрид галлия (GaN), потенциально меняя представление о силовой электронике в будущих аэрокосмических, оборонных и высокопроизводительных электромобилях.
На сегодняшний день прототипы ПДС достигли рекордных показателей удельной мощности, что вывело компанию в авангарде полупроводниковых инноваций. Хотя до массового производства еще несколько лет, благодаря физическим преимуществам алмаза, вертикально интегрированной разработке устройств и сотрудничеству с научными учреждениями, ПДС готова стать лидером в области сверхвысокопроизводительных силовых полупроводников в течение следующего десятилетия.
Полупроводники на основе алмаза, подобные тем, что производит компания ПДС, могут влиять на светодиодное освещение, но это влияние в основном косвенное и системное. Наибольшее влияние оно оказывает на управление тепловыми процессами, эффективность драйверов, надежность и применение в некоторых сложных условиях окружающей среды.
Системная эффективность и миниатюризация
Алмазные силовые МОП-транзистор-транзисторы способны коммутировать высокие напряжения с меньшими потерями, повышая эффективность преобразования переменного тока в постоянный и постоянного тока в драйверах мощных светодиодных светильников, таких как уличные фонари, освещение стадионов и садовые светильники.
Повышение эффективности драйвера приводит к снижению тепловыделения, что позволяет использовать радиаторы меньшего размера, создавать более компактные конструкции светильников или достигать большей светоотдачи на один светильник в рамках заданного энергетического бюджета.
Терморегулирование и срок службы
Превосходная теплопроводность алмаза делает его ценным не только в качестве активного полупроводника, но и в качестве материала для рассеивания тепла в светодиодных модулях и платах управления.
Использование алмазных подложек или печатных плат в мощных светодиодах значительно увеличивает срок службы компонентов, поскольку снижает температуру перехода, критически важный механизм отказа в мощных светодиодных системах.
Суровые условия эксплуатации и специальное освещение
Алмазная электроника и потенциальные алмазные светодиоды подходят для экстремальных условий, таких как высокие температуры, высокое давление, радиация или агрессивные химические вещества (например, промышленные предприятия, подземные сооружения, аэрокосмическая отрасль, атомная энергетика).
Для светодиодной индустрии это означает появление нишевых продуктовых линеек: светильники для работы в суровых условиях, сигнальные лампы для критически важных задач, а также специализированные источники света для измерения параметров освещения или УФ/стерилизации, предназначенные для быстрого старения обычных светодиодов или драйверов.
Интеграция с нитридом галлия и мощными светодиодами.
Исследования, сочетающие алмазные пленки с нитридом галлия, показали, что тепловые характеристики мощных светодиодов могут быть значительно улучшены за счет более эффективного рассеивания и отвода тепла от чипа.
Благодаря размещению силовых устройств на основе алмаза и светодиодов GaN на алмазной подложке производители могут дополнительно увеличить ток управления и плотность мощности без ущерба для надежности, что позволяет создавать более яркие и надежные мощные устройства.