Le Japon est en avance sur le reste du monde dans l'utilisation de diamants synthétiques pour alimenter les semi-conducteurs de nouvelle génération, offrant des performances de plusieurs ordres de grandeur supérieures aux matériaux actuels, et se rapproche de la viabilité commerciale grâce aux avancées réalisées au Japon.
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Ces nouveaux semi-conducteurs sont fabriqués à partir de diamant synthétique, qui a été qualifié de « matériau semi-conducteur ultime » en raison de sa conductivité thermique et de sa résistance électrique exceptionnelles. Le diamant est fantastique pour alimenter les semi-conducteurs, car il est environ 33 fois plus résistant électriquement en tant qu'isolant que le silicium.
Les semi-conducteurs de puissance en diamant peuvent également fonctionner dans des environnements environ 5 fois plus chauds et ont théoriquement la capacité de gérer environ 50 000 fois plus d'électricité. Oui… 50 000 fois plus d'électricité grâce aux semi-conducteurs de puissance en diamant, tous issus du Japon. Le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) ont récemment retenu l'attention en tant que substrats semi-conducteurs de nouvelle génération, mais les performances du diamant sont bien meilleures.
Selon un rapport de Nikkei Asia, l'utilisation de semi-conducteurs de puissance en diamant selon le score Baliga de mérite, le diamant a des performances 80 fois supérieures à celles du SiC et plus de 10 fois supérieures à celles du GaN. Le score Baliga de mérite plus élevé indique que le matériau est capable de réduire considérablement les pertes de puissance.
Les semi-conducteurs de puissance à base de diamant sont envisagés pour être utilisés dans des puces nécessitant une alimentation électrique importante et stable. On pense notamment aux véhicules électriques, aux voitures volantes et aux centrales électriques. Grâce à leur résistance aux températures élevées et aux radiations, les nouveaux semi-conducteurs de puissance à base de diamant devraient être prêts à être utilisés dans l'énergie nucléaire et l'espace, ainsi que dans d'autres industries.
Des recherches sur l'utilisation des diamants dans les semi-conducteurs sont menées depuis plus de 30 ans, avec de nombreux obstacles rencontrés, mais il semble que les chercheurs japonais arrivent enfin au point où nous aurons un avenir de semi-conducteurs de puissance à base de diamant à l'intérieur des véhicules et des produits de nouvelle génération, et même dans l'espace.
Les diamants sont incroyablement durs et il est extrêmement difficile de les broyer et de les traiter avec la précision nécessaire aux appareils électroniques. De plus, le diamant peut également se détériorer lorsqu'il est utilisé dans les semi-conducteurs sur de longues périodes. Il n'est donc pas facile de former des substrats plus grands avec des diamants, et les coûts associés ont empêché la commercialisation des semi-conducteurs en diamant.
Le Japon est le leader de la recherche et du développement dans le domaine des semi-conducteurs à base de diamant, avec des progrès considérables réalisés ces dernières années. Les semi-conducteurs à base de diamant devraient entrer dans la phase de commercialisation entre 2025 et 2030. Nous ne sommes donc pas très loin de cette technologie de semi-conducteurs de future génération alimentée par les diamants.
En 2023, une équipe de l'université japonaise de Saga a développé avec succès le premier circuit électrique au monde utilisant des semi-conducteurs en diamant. Le fabricant de composants de précision Orbray, basé à Tokyo, a développé une technologie permettant de produire en masse des plaquettes de diamant de 2 pouces, dépassant ainsi la limite précédente de plaquettes de diamant de 1 pouce. Orbray prévoit de développer prochainement une plaquette de diamant plus grande de 4 pouces.
Power Diamond Systems est une start-up de Tokyo qui a développé en décembre 2023 un composant en diamant capable de gérer un courant électrique de 6,8 ampères, une valeur record au monde, et prévoit de commencer à expédier des échantillons dans les deux prochaines années. Ookuma Diamond Device est une autre start-up japonaise, située à Hokkaido, qui construit actuellement une nouvelle usine dans la préfecture de Fukushima qui produira en masse des semi-conducteurs en diamant.
L'usine devrait être opérationnelle au cours de l'exercice 2026, dans le but d'installer des semi-conducteurs dans les équipements utilisés pour éliminer les débris de la centrale nucléaire de Fukushima Daaichi, sinistrée.
Takuya Ito, directeur représentant du grossiste en diamants synthétiques Pure Diamond, a déclaré : «La production de diamants synthétiques dépend des capacités technologiques de l'entreprise et non des machines utilisées« .