Power Diamond Systems (PDS), en japansk startup med oprindelse i Waseda Universitet, er hurtigt ved at blive en pioner inden for fremstilling af næste generations effekthalvledere ved hjælp af syntetisk diamant. På Semiconductor Japan 2025 gjorde virksomheden en stærk præstation og afslørede diamantbaserede effekt-MOSFET'er (metaloxid-halvleder-felteffekttransistorer) designet til højspændings- og højtemperaturapplikationer. Det er værd at bemærke, at PDS demonstrerede denne teknologi i sit integrerede evalueringssystem, der validerede den vellykkede drift af pakkede enheder – hvilket markerede den første offentlige verifikation af ydeevnen af pakkede diamanthalvledere.
Disse diamant-power MOSFET'er er omhyggeligt designet til at modstå hundredvis af volt og udviser en holdbarhed og effektivitet, der langt overgår sammenlignelige produkter fra silicium (Si) og endda siliciumcarbid (SiC). PDS forestiller sig, at disse enheder i sidste ende vil blive brugt inden for områder som elbiler (EV'er), luftfartsplatforme og kommunikationssatellitter, hvor der er alvorlige designudfordringer med hensyn til termisk stress, stråling og effekttæthed. Mens teknologien stadig er i forsknings- og udviklingsfasen, planlægger virksomheden at samarbejde med potentielle industripartnere for at opnå kommercialisering inden 2030'erne.
PDS' ambitioner rækker langt ud over hjemmemarkedet. I juli 2025 annoncerede startup-virksomheden et fælles forskningspartnerskab med Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) for at teste deres diamant-power MOSFET'er i virkelige rummiljøer. Dette samarbejde har til formål at verificere holdbarheden af disse enheder under de intense strålings-, vakuum- og termiske cyklingsforhold, der er almindelige i planetariske og satellitbaserede operationer. Test af jordbaseret ydeevne og pålidelighed er planlagt til at begynde i regnskabsåret 2025 (april 2025 til marts 2026). Denne fase vil evaluere enhedernes mekaniske og elektroniske stabilitet, før komponenterne sendes til en orbital testplatform eller en dyb rummission.
Diamant, som halvledersubstrat, har adskillige iboende fordele. Det kan prale af den højeste kendte termiske ledningsevne af alle faste stoffer, fremragende strålingsmodstand og et bredt båndgab, hvilket gør det til et ideelt materiale til højspændingsapplikationer. Disse egenskaber gør det muligt for diamantbaserede enheder at fungere ved højere temperaturer og spændinger end siliciumcarbid (SiC) eller galliumnitrid (GaN), hvilket potentielt omdefinerer effektelektronik i fremtidens luftfart, forsvar og højtydende elbilapplikationer.
PDS' prototyper har til dato opnået rekordbrydende effekttætheder, hvilket placerer virksomheden i spidsen for halvlederinnovation. Selvom masseproduktion stadig er adskillige år væk, er PDS klar til at blive førende inden for ultrahøjtydende effekthalvledere i løbet af det næste årti takket være de fysiske fordele ved diamant, vertikalt integreret enhedsteknik og samarbejde med institutioner.
Diamantbaserede effekthalvledere som dem, der produceres af PDS, kan påvirke LED-belysning, men denne påvirkning er primært indirekte og på systemniveau. Dens største påvirkning ligger i termisk styring, drivereffektivitet, pålidelighed og visse krævende miljømæssige applikationer.
Effektivitet og miniaturisering på systemniveau
Diamond power MOSFET'er kan skifte høje spændinger med lavere tab, hvilket forbedrer AC-DC- og DC-DC-konverteringseffektiviteten af drivere til højtydende LED-armaturer såsom gadelygter, stadionbelysning og havelamper.
Øget drivereffektivitet resulterer i reduceret spildvarme, hvilket muliggør mindre køleplader, mere kompakte armaturdesigns eller højere lumen pr. armatur inden for et givet strømforbrug.
Termisk styring og levetid
Diamantens fremragende varmeledningsevne gør den værdifuld ikke kun som en aktiv halvleder, men også som et varmeafledningsmateriale i LED-moduler og driverkort.
Brug af diamantsubstrater eller printkort i højtydende LED'er har vist sig at forlænge komponenternes levetid betydeligt, fordi det reducerer forbindelsestemperaturen, en kritisk fejlmekanisme i højtydende LED-systemer.
Barske miljøer og specialbelysning
Diamantelektronik og potentielle diamant-LED'er er velegnede til ekstreme miljøer såsom høje temperaturer, højt tryk, stråling eller ætsende kemikalier (f.eks. industrianlæg, underjordiske anlæg, luftfart, atomkraft).
For LED-industrien betyder dette nicheproduktlinjer: belysningsarmaturer til barske miljøer, missionskritiske signallamper og dedikerede måle- eller UV/sterilisationslyskilder til hurtig ældning af konventionelle LED'er eller drivere.
Integration med galliumnitrid og højtydende LED'er
Studier, der kombinerer diamantfilm med galliumnitrid, har vist, at den termiske ydeevne af højtydende LED'er kan forbedres betydeligt ved mere effektivt at diffundere og udvinde varme fra chippen.
Ved at indkapsle diamant-effektkomponenter og GaN-LED'er på et diamantsubstrat kan producenter yderligere øge drivstrømmen og effekttætheden uden at gå på kompromis med pålideligheden og derved opnå lysere og mere robuste højeffektpakker.