Kao temelj modernih elektroničkih uređaja, poluvodički materijali prolaze kroz neviđene promjene. Danas dijamant postupno pokazuje svoj veliki potencijal kao poluvodički materijal četvrte generacije s izvrsnim električnim i toplinskim svojstvima te stabilnošću u ekstremnim uvjetima. Sve više znanstvenika i inženjera smatra ga revolucionarnim materijalom koji bi mogao zamijeniti tradicionalne poluvodičke uređaje velike snage (poput silicija,silicijev karbiditd.). Dakle, može li dijamant doista zamijeniti druge poluvodičke uređaje velike snage i postati glavni materijal za buduće elektroničke uređaje?
Izvrsne performanse i potencijalni utjecaj dijamantnih poluvodiča
Dijamantni poluvodiči će svojim izvrsnim performansama promijeniti mnoge industrije, od električnih vozila do elektrana. Veliki napredak Japana u tehnologiji dijamantnih poluvodiča utro je put njezinoj komercijalizaciji, a očekuje se da će ovi poluvodiči u budućnosti imati 50 000 puta veći kapacitet obrade energije od silicijskih uređaja. Ovaj proboj znači da dijamantni poluvodiči mogu dobro funkcionirati u ekstremnim uvjetima poput visokog tlaka i visoke temperature, čime se uvelike poboljšava učinkovitost i performanse elektroničkih uređaja.
Utjecaj dijamantnih poluvodiča na električna vozila i elektrane
Široko rasprostranjena primjena dijamantnih poluvodiča imat će dubok utjecaj na učinkovitost i performanse električnih vozila i elektrana. Visoka toplinska vodljivost i svojstva širokog zabranjenog pojasa dijamanta omogućuju mu rad na višim naponima i temperaturama, značajno poboljšavajući učinkovitost i pouzdanost opreme. U području električnih vozila, dijamantni poluvodiči smanjit će gubitak topline, produžiti vijek trajanja baterije i poboljšati ukupne performanse. U elektranama, dijamantni poluvodiči mogu izdržati više temperature i tlakove, čime se poboljšava učinkovitost i stabilnost proizvodnje energije. Ove prednosti pomoći će u promicanju održivog razvoja energetske industrije i smanjenju potrošnje energije i onečišćenja okoliša.
Izazovi s kojima se suočava komercijalizacija dijamantnih poluvodiča
Unatoč mnogim prednostima dijamantnih poluvodiča, njihova komercijalizacija i dalje se suočava s mnogim izazovima. Prvo, tvrdoća dijamanta predstavlja tehničke poteškoće za proizvodnju poluvodiča, a rezanje i oblikovanje dijamanata su skupi i tehnički složeni. Drugo, stabilnost dijamanta u dugotrajnim radnim uvjetima još je uvijek tema istraživanja, a njegova degradacija može utjecati na performanse i vijek trajanja opreme. Osim toga, ekosustav tehnologije dijamantnih poluvodiča relativno je nezreo i još uvijek ima puno osnovnog posla, uključujući razvoj pouzdanih proizvodnih procesa i razumijevanje dugoročnog ponašanja dijamanta pod različitim radnim tlakovima.
Napredak u istraživanju dijamantnih poluvodiča u Japanu
Japan trenutno zauzima vodeću poziciju u istraživanju dijamantnih poluvodiča i očekuje se da će postići praktične primjene između 2025. i 2030. Sveučilište Saga, u suradnji s Japanskom agencijom za istraživanje svemira (JAXA), uspješno je razvilo prvi svjetski uređaj za napajanje izrađen od dijamantnih poluvodiča. Ovaj proboj pokazuje potencijal dijamanta u visokofrekventnim komponentama i poboljšava pouzdanost i performanse opreme za istraživanje svemira. Istovremeno, tvrtke poput Orbraya razvile su tehnologiju masovne proizvodnje dijamanata od 2 inča.oblatnei kreću se prema ostvarenju cilja4-inčne podlogeOvo povećanje proizvodnje ključno je za zadovoljavanje komercijalnih potreba elektroničke industrije i postavlja čvrste temelje za široku primjenu dijamantnih poluvodiča.
Usporedba dijamantnih poluvodiča s drugim visokoenergetskim poluvodičkim uređajima
Kako se tehnologija dijamantnih poluvodiča nastavlja razvijati i tržište je postupno prihvaća, imat će dubok utjecaj na dinamiku globalnog tržišta poluvodiča. Očekuje se da će zamijeniti neke tradicionalne poluvodičke uređaje velike snage poput silicijevog karbida (SiC) i galijevog nitrida (GaN). Međutim, pojava tehnologije dijamantnih poluvodiča ne znači da su materijali poput silicijevog karbida (SiC) ili galijevog nitrida (GaN) zastarjeli. Naprotiv, dijamantni poluvodiči pružaju inženjerima raznolikiji raspon mogućnosti materijala. Svaki materijal ima svoja jedinstvena svojstva i prikladan je za različite scenarije primjene. Dijamant se ističe u okruženjima visokog napona i visoke temperature sa svojim vrhunskim upravljanjem toplinom i mogućnostima snage, dok SiC i GaN imaju prednosti u drugim aspektima. Svaki materijal ima svoje jedinstvene karakteristike i scenarije primjene. Inženjeri i znanstvenici moraju odabrati pravi materijal prema specifičnim potrebama. Budući dizajn elektroničkih uređaja posvetit će više pažnje kombinaciji i optimizaciji materijala kako bi se postigle najbolje performanse i isplativost.
Budućnost tehnologije dijamantnih poluvodiča
Iako se komercijalizacija tehnologije dijamantnih poluvodiča još uvijek suočava s mnogim izazovima, njegove izvrsne performanse i potencijalna vrijednost primjene čine ga važnim kandidatom za buduće elektroničke uređaje. S kontinuiranim napretkom tehnologije i postupnim smanjenjem troškova, očekuje se da će dijamantni poluvodiči zauzeti mjesto među ostalim poluvodičkim uređajima velike snage. Međutim, budućnost poluvodičke tehnologije vjerojatno će karakterizirati mješavina više materijala, od kojih je svaki odabran zbog svojih jedinstvenih prednosti. Stoga moramo održavati uravnotežen pogled, u potpunosti iskoristiti prednosti različitih materijala i promovirati održivi razvoj poluvodičke tehnologije.
Vrijeme objave: 25. studenog 2024.