Као камен темељац модерних електронских уређаја, полупроводнички материјали пролазе кроз невиђене промене. Данас, дијамант постепено показује свој велики потенцијал као полупроводнички материјал четврте генерације са одличним електричним и термичким својствима и стабилношћу у екстремним условима. Све више научника и инжењера га сматра револуционарним материјалом који би могао да замени традиционалне полупроводничке уређаје велике снаге (као што су силицијум,силицијум карбид, итд.). Дакле, да ли дијамант заиста може да замени друге полупроводничке уређаје велике снаге и постане главни материјал за будуће електронске уређаје?
Одличне перформансе и потенцијални утицај дијамантских полупроводника
Дијамантски полупроводници ће својим одличним перформансама променити многе индустрије, од електричних возила до електрана. Велики напредак Јапана у технологији дијамантских полупроводника отворио је пут њеној комерцијализацији и очекује се да ће ови полупроводници у будућности имати 50.000 пута већи капацитет обраде енергије од силицијумских уређаја. Овај пробој значи да дијамантски полупроводници могу добро да функционишу у екстремним условима као што су висок притисак и висока температура, чиме се значајно побољшава ефикасност и перформансе електронских уређаја.
Утицај дијамантских полупроводника на електрична возила и електране
Широко распрострањена примена дијамантских полупроводника имаће дубок утицај на ефикасност и перформансе електричних возила и електрана. Висока топлотна проводљивост и својства широког енергетског процепа дијаманта омогућавају му рад на вишим напонима и температурама, значајно побољшавајући ефикасност и поузданост опреме. У области електричних возила, дијамантски полупроводници ће смањити губитак топлоте, продужити век трајања батерије и побољшати укупне перформансе. У електранама, дијамантски полупроводници могу да издрже више температуре и притиске, чиме се побољшава ефикасност и стабилност производње електричне енергије. Ове предности ће помоћи у промоцији одрживог развоја енергетске индустрије и смањењу потрошње енергије и загађења животне средине.
Изазови са којима се суочава комерцијализација дијамантских полупроводника
Упркос многим предностима дијамантских полупроводника, њихова комерцијализација се и даље суочава са многим изазовима. Прво, тврдоћа дијаманта представља техничке потешкоће за производњу полупроводника, а сечење и обликовање дијаманата су скупи и технички сложени. Друго, стабилност дијаманта у дугорочним условима рада је и даље тема истраживања, а његова деградација може утицати на перформансе и век трајања опреме. Поред тога, екосистем технологије дијамантских полупроводника је релативно незрео и још увек има много основног посла који треба обавити, укључујући развој поузданих производних процеса и разумевање дугорочног понашања дијаманта под различитим радним притисцима.
Напредак у истраживању дијамантских полупроводника у Јапану
Тренутно, Јапан је на водећој позицији у истраживању дијамантских полупроводника и очекује се да ће постићи практичну примену између 2025. и 2030. године. Универзитет Сага, у сарадњи са Јапанском агенцијом за истраживање свемира (JAXA), успешно је развио први уређај на свету за напајање направљен од дијамантских полупроводника. Овај пробој демонстрира потенцијал дијаманта у високофреквентним компонентама и побољшава поузданост и перформансе опреме за истраживање свемира. Истовремено, компаније попут Орбреја развиле су технологију масовне производње дијаманта од 2 инча.вафлеи крећу се ка постизању циљаПодлоге од 4 инчаОво повећање обима је кључно за задовољавање комерцијалних потреба електронске индустрије и поставља чврсте темеље за широку примену дијамантских полупроводника.
Поређење дијамантских полупроводника са другим полупроводничким уређајима велике снаге
Како технологија дијамантских полупроводника наставља да сазрева и тржиште је постепено прихвата, она ће имати дубок утицај на динамику глобалног тржишта полупроводника. Очекује се да ће заменити неке традиционалне полупроводничке уређаје велике снаге као што су силицијум карбид (SiC) и галијум нитрид (GaN). Међутим, појава технологије дијамантских полупроводника не значи да су материјали попут силицијум карбида (SiC) или галијум нитрида (GaN) застарели. Напротив, дијамантски полупроводници пружају инжењерима разноврснији спектар материјалних опција. Сваки материјал има своја јединствена својства и погодан је за различите сценарије примене. Дијамант се истиче у окружењима високог напона и високе температуре са својим супериорним термичким управљањем и могућностима снаге, док SiC и GaN имају предности у другим аспектима. Сваки материјал има своје јединствене карактеристике и сценарије примене. Инжењери и научници морају да изаберу прави материјал према специфичним потребама. Будући дизајн електронских уређаја ће посветити више пажње комбинацији и оптимизацији материјала како би се постигле најбоље перформансе и исплативост.
Будућност технологије дијамантских полупроводника
Иако се комерцијализација технологије дијамантских полупроводника и даље суочава са многим изазовима, њене одличне перформансе и потенцијална вредност примене чине је важним кандидатом за будуће електронске уређаје. Са континуираним напретком технологије и постепеним смањењем трошкова, очекује се да ће дијамантски полупроводници заузети место међу осталим полупроводничким уређајима велике снаге. Међутим, будућност полупроводничке технологије вероватно ће карактерисати мешавина више материјала, од којих је сваки одабран због својих јединствених предности. Стога, морамо одржати уравнотежен поглед, у потпуности искористити предности различитих материјала и промовисати одрживи развој полупроводничке технологије.
Време објаве: 25. новембар 2024.