myle.vnreview
Writer
Chất bán dẫn điện kim cương mang lại hiệu suất vượt trội hơn hẳn các vật liệu hiện tại đang tiến gần hơn đến khả năng thương mại hóa nhờ những tiến bộ từ Nhật Bản.
Những chất bán dẫn như vậy được làm từ kim cương tổng hợp, được gọi là vật liệu bán dẫn tối ưu nhờ độ dẫn nhiệt và các đặc tính khác.
Kim cương đặc biệt phù hợp để sử dụng trong chất bán dẫn điện vì nó có cường độ điện cao hơn khoảng 33 lần so với silicon. Chất bán dẫn điện kim cương cũng có thể hoạt động trong môi trường nóng gấp khoảng 5 lần và về mặt lý thuyết có khả năng xử lý lượng điện cao hơn khoảng 50.000 lần.
Silic cacbua (SiC) và gali nitride (GaN) cũng đã thu hút sự chú ý như là chất nền bán dẫn thế hệ tiếp theo, nhưng hiệu suất của kim cương cao hơn rất nhiều.
Sử dụng hệ số chất lượng Baliga, kim cương thể hiện hiệu suất cao hơn SiC hơn 80 lần và hiệu suất cao hơn GaN hơn 10 lần. Điểm hệ số Baliga càng cao thì vật liệu càng có khả năng giảm đáng kể tổn thất điện năng.
Chất bán dẫn kim cương đang được xem xét cho các ứng dụng đòi hỏi nguồn cung cấp điện lớn và ổn định, bao gồm xe điện, ô tô bay và nhà máy phát điện. Khả năng chống chịu nhiệt độ cao và bức xạ của chúng cũng được kỳ vọng sẽ khiến chất bán dẫn này phù hợp để sử dụng trong năng lượng hạt nhân và không gian cùng một số lĩnh vực khác.
Nghiên cứu về kim cương làm vật liệu bán dẫn đã được tiến hành trong hơn ba thập kỷ, nhưng đã gặp phải nhiều trở ngại.
Độ cứng của kim cương khiến việc mài và xử lý vật liệu với độ chính xác cần thiết cho các thiết bị điện tử trở nên khó khăn. Kim cương cũng có thể bị hỏng khi sử dụng trong chất bán dẫn trong thời gian dài. Việc cố gắng tạo ra các chất nền lớn hơn bằng kim cương là một thách thức đặc biệt, trong khi chi phí đã cản trở quá trình thương mại hóa.
Nhưng sau những tiến bộ đáng kể trong vài năm qua, chất bán dẫn kim cương dự kiến sẽ bước vào giai đoạn thương mại hóa trong khoảng từ năm 2025 đến năm 2030. Nhật Bản là quốc gia đi đầu trong lĩnh vực R&D về chất bán dẫn kim cương.
Vào năm 2023, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Saga của Nhật Bản đã phát triển thành công mạch điện đầu tiên trên thế giới kết hợp chất bán dẫn kim cương. Orbray, một nhà sản xuất linh kiện chính xác có trụ sở tại Tokyo, đã phát triển công nghệ để sản xuất hàng loạt các tấm kim cương 2 inch, vượt qua giới hạn trước đó là 1 inch. Công ty này dự kiến sẽ sớm phát triển một tấm kim cương 4 inch.
Ookuma Diamond Device, một công ty khởi nghiệp khác tại Hokkaido, đang xây dựng một nhà máy tại tỉnh Fukushima để sản xuất hàng loạt chất bán dẫn kim cương. Nhà máy dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm tài chính 2026, với mục tiêu lắp đặt chất bán dẫn vào thiết bị được sử dụng để loại bỏ mảnh vỡ tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi bị thảm họa.
Khi kỳ vọng về mục đích thương mại tăng lên, các công ty niêm yết tham gia vào các lĩnh vực liên quan có khả năng thu hút nhiều sự chú ý hơn. JTEC Corporation, công ty sản xuất thiết bị chính xác cho các cơ sở nghiên cứu, có một công nghệ độc đáo để đánh bóng bề mặt của các vật liệu có độ cứng cao bằng plasma.
Công ty đã thành công trong việc đánh bóng các chất nền kim cương đơn tinh thể có kích thước hàng đầu thế giới một cách hiệu quả và không gây hư hại, đồng thời đã nhận được đơn đặt hàng cho thiết bị phát triển được sử dụng trong quá trình chế biến vật liệu kim cương. Công ty đặt mục tiêu tăng doanh số trong hoạt động kinh doanh liên quan lên 700 triệu yên (4,9 triệu USD) vào năm kết thúc vào tháng 6 năm 2027, cao hơn gấp đôi mục tiêu cho năm tài chính hiện tại.
EDP, được niêm yết trên thị trường chứng khoán Tokyo, là công ty duy nhất tại Nhật Bản sản xuất và bán hạt giống dùng để làm kim cương tổng hợp dùng làm đồ trang sức. Công ty đã thiết lập một hệ thống để sản xuất các tinh thể đơn lớn nhất thế giới bằng công nghệ do Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia phát triển.
Nếu chất bán dẫn kim cương trở nên phổ biến trong tương lai, nguồn cung cấp kim cương tổng hợp chất lượng cao ổn định sẽ rất quan trọng. Hiện tại, hầu hết được sản xuất tại Ấn Độ và Trung Quốc.
Takuya Ito, giám đốc đại diện của công ty bán buôn kim cương tổng hợp Pure Diamond cho biết: "Việc sản xuất kim cương tổng hợp phụ thuộc vào năng lực công nghệ của công ty, chứ không phải vào máy móc được sử dụng".
Nếu chất bán dẫn kim cương trở nên phổ biến trong tương lai, nguồn cung cấp kim cương tổng hợp chất lượng cao ổn định sẽ rất quan trọng. Hiện nay, hầu hết được sản xuất tại Ấn Độ và Trung Quốc.
"Việc sản xuất kim cương tổng hợp phụ thuộc vào khả năng công nghệ của công ty, chứ không phải vào máy móc được sử dụng", Takuya Ito, giám đốc đại diện của công ty bán buôn kim cương tổng hợp Pure Diamond cho biết.
Những chất bán dẫn như vậy được làm từ kim cương tổng hợp, được gọi là vật liệu bán dẫn tối ưu nhờ độ dẫn nhiệt và các đặc tính khác.
Kim cương đặc biệt phù hợp để sử dụng trong chất bán dẫn điện vì nó có cường độ điện cao hơn khoảng 33 lần so với silicon. Chất bán dẫn điện kim cương cũng có thể hoạt động trong môi trường nóng gấp khoảng 5 lần và về mặt lý thuyết có khả năng xử lý lượng điện cao hơn khoảng 50.000 lần.
Silic cacbua (SiC) và gali nitride (GaN) cũng đã thu hút sự chú ý như là chất nền bán dẫn thế hệ tiếp theo, nhưng hiệu suất của kim cương cao hơn rất nhiều.
Sử dụng hệ số chất lượng Baliga, kim cương thể hiện hiệu suất cao hơn SiC hơn 80 lần và hiệu suất cao hơn GaN hơn 10 lần. Điểm hệ số Baliga càng cao thì vật liệu càng có khả năng giảm đáng kể tổn thất điện năng.
Chất bán dẫn kim cương đang được xem xét cho các ứng dụng đòi hỏi nguồn cung cấp điện lớn và ổn định, bao gồm xe điện, ô tô bay và nhà máy phát điện. Khả năng chống chịu nhiệt độ cao và bức xạ của chúng cũng được kỳ vọng sẽ khiến chất bán dẫn này phù hợp để sử dụng trong năng lượng hạt nhân và không gian cùng một số lĩnh vực khác.
Nghiên cứu về kim cương làm vật liệu bán dẫn đã được tiến hành trong hơn ba thập kỷ, nhưng đã gặp phải nhiều trở ngại.
Độ cứng của kim cương khiến việc mài và xử lý vật liệu với độ chính xác cần thiết cho các thiết bị điện tử trở nên khó khăn. Kim cương cũng có thể bị hỏng khi sử dụng trong chất bán dẫn trong thời gian dài. Việc cố gắng tạo ra các chất nền lớn hơn bằng kim cương là một thách thức đặc biệt, trong khi chi phí đã cản trở quá trình thương mại hóa.
Nhưng sau những tiến bộ đáng kể trong vài năm qua, chất bán dẫn kim cương dự kiến sẽ bước vào giai đoạn thương mại hóa trong khoảng từ năm 2025 đến năm 2030. Nhật Bản là quốc gia đi đầu trong lĩnh vực R&D về chất bán dẫn kim cương.
Vào năm 2023, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Saga của Nhật Bản đã phát triển thành công mạch điện đầu tiên trên thế giới kết hợp chất bán dẫn kim cương. Orbray, một nhà sản xuất linh kiện chính xác có trụ sở tại Tokyo, đã phát triển công nghệ để sản xuất hàng loạt các tấm kim cương 2 inch, vượt qua giới hạn trước đó là 1 inch. Công ty này dự kiến sẽ sớm phát triển một tấm kim cương 4 inch.
Ookuma Diamond Device, một công ty khởi nghiệp khác tại Hokkaido, đang xây dựng một nhà máy tại tỉnh Fukushima để sản xuất hàng loạt chất bán dẫn kim cương. Nhà máy dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm tài chính 2026, với mục tiêu lắp đặt chất bán dẫn vào thiết bị được sử dụng để loại bỏ mảnh vỡ tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi bị thảm họa.
Khi kỳ vọng về mục đích thương mại tăng lên, các công ty niêm yết tham gia vào các lĩnh vực liên quan có khả năng thu hút nhiều sự chú ý hơn. JTEC Corporation, công ty sản xuất thiết bị chính xác cho các cơ sở nghiên cứu, có một công nghệ độc đáo để đánh bóng bề mặt của các vật liệu có độ cứng cao bằng plasma.
Công ty đã thành công trong việc đánh bóng các chất nền kim cương đơn tinh thể có kích thước hàng đầu thế giới một cách hiệu quả và không gây hư hại, đồng thời đã nhận được đơn đặt hàng cho thiết bị phát triển được sử dụng trong quá trình chế biến vật liệu kim cương. Công ty đặt mục tiêu tăng doanh số trong hoạt động kinh doanh liên quan lên 700 triệu yên (4,9 triệu USD) vào năm kết thúc vào tháng 6 năm 2027, cao hơn gấp đôi mục tiêu cho năm tài chính hiện tại.
EDP, được niêm yết trên thị trường chứng khoán Tokyo, là công ty duy nhất tại Nhật Bản sản xuất và bán hạt giống dùng để làm kim cương tổng hợp dùng làm đồ trang sức. Công ty đã thiết lập một hệ thống để sản xuất các tinh thể đơn lớn nhất thế giới bằng công nghệ do Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia phát triển.
Nếu chất bán dẫn kim cương trở nên phổ biến trong tương lai, nguồn cung cấp kim cương tổng hợp chất lượng cao ổn định sẽ rất quan trọng. Hiện tại, hầu hết được sản xuất tại Ấn Độ và Trung Quốc.
Takuya Ito, giám đốc đại diện của công ty bán buôn kim cương tổng hợp Pure Diamond cho biết: "Việc sản xuất kim cương tổng hợp phụ thuộc vào năng lực công nghệ của công ty, chứ không phải vào máy móc được sử dụng".
Nếu chất bán dẫn kim cương trở nên phổ biến trong tương lai, nguồn cung cấp kim cương tổng hợp chất lượng cao ổn định sẽ rất quan trọng. Hiện nay, hầu hết được sản xuất tại Ấn Độ và Trung Quốc.
"Việc sản xuất kim cương tổng hợp phụ thuộc vào khả năng công nghệ của công ty, chứ không phải vào máy móc được sử dụng", Takuya Ito, giám đốc đại diện của công ty bán buôn kim cương tổng hợp Pure Diamond cho biết.
