ثورة في إلكترونيات الطاقة باستخدام أشباه الموصلات القائمة على الماس

حصلت شركة Diamfab، وهي شركة ناشئة تعمل في مجال التكنولوجيا العميقة لأشباه الموصلات ومقرها في غرونوبل بفرنسا، على جولة أولى كبيرة من التمويل يبلغ إجماليها 8.7 مليون يورو من اتحاد المستثمرين، بما في ذلك Asterion Ventures وBpifrance (الصندوق الفرنسي للتكنولوجيا تحت مبادرة فرنسا 2030) وKreaxi. مع الصندوق الإقليمي Avenir Industrie Auvergne-Rhône-Alpes، وBetter Angle، وHello Tomorrow، وGrenoble Alpes Métropole.

تأسست شركة Diamfab في مارس 2019 على يد الرئيس التنفيذي غوتييه شيكوت والمدير التنفيذي للتكنولوجيا خالد دريش، وهي تستفيد من 30 عامًا من أبحاث CNRS لتسخير الماس باعتباره أشباه الموصلات النهائية، والتي تستعد لتحويل إدارة الطاقة. ومن خلال تصنيع الماس وتطوير المكونات المتطورة، فإنها تتجاوز حدود تكنولوجيا أشباه الموصلات، وتفتخر بخبرة فريدة في أشباه الموصلات ذات فجوة واسعة النطاق. منذ إنشائها في عام 2019، قامت Diamfab ببناء نظام بيئي من الشركاء والعملاء الدوليين الذين يساعدون في تطوير التكنولوجيا، بما في ذلك Soitec وMurata وSTMicroelectronics وCEA-Leti وSchneider Electric.

تتخصص الشركة الناشئة في تطعيم الماس الاصطناعي وتطعيمه، وتفتخر بأربع براءات اختراع في نمو طبقة الماس الرقيقة وتصميم المكونات الإلكترونية. على عكس السيليكون التقليدي، توفر أشباه الموصلات القائمة على الألماس أداءً فائقًا ومتانة في درجات الحرارة المرتفعة وكفاءة في استخدام الطاقة، وهي مثالية للسيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة وتقنيات الكم. يستهدف ابتكار Diamfab مجموعة من التطبيقات، ويعد بمكونات أخف وزنًا وأكثر قوة وكفاءة في استخدام الطاقة لإلكترونيات الطاقة في مختلف الصناعات. يمثل هذا التمويل خطوة حاسمة في تطوير التكنولوجيا المتقدمة نحو نشرها في السوق.

وفي مقابلة مع Power Electronics News، أشار تشيكوت إلى أن الشركة تركز على تصنيع الثنائيات التوضيحية والترانزستورات والمكثفات، بالإضافة إلى الاستفادة من خصائص الماس الاستثنائية لتعزيز أداء الجهاز مع تقليل البصمة الكربونية. ومن الجدير بالذكر أن نهجها المبتكر يتيح أجهزة أصغر بما يصل إلى 50 مرة من كربيد السيليكون، مما يبشر بعصر جديد في مجال إلكترونيات الطاقة.

ومع طموحاتها لتوسيع نطاق تكنولوجيتها إلى رقائق بحجم 4 بوصات بحلول عام 2026، تُظهر الشركة الجدوى الصناعية والقدرة التنافسية في مواجهة تقنيات أشباه الموصلات الراسخة. ويعتمد هذا التطور على تحسين العمليات الفوقي وتأمين الوصول إلى ركائز الماس الأكبر حجمًا.

ومع تطور مشهد أشباه الموصلات، تلخص رحلة ديامفاب رؤية للكهربة المستدامة، مدفوعة بالابتكار المستمر والالتزام بإعادة تشكيل مستقبل الطاقة لدينا. تؤكد الخطوات التي قطعتها الشركة على الإمكانات التحويلية لأشباه الموصلات الماسية في تسريع كهربة المجتمع.

أشباه الموصلات الماسية

ومن المتوقع أن تصل قيمة صناعة أشباه الموصلات سريعة التوسع إلى عشرات المليارات من الدولارات بحلول عام 2030، والتي تعتمد تقليديا على السيليكون، وتشهد منافسة ناشئة من المواد ذات الفجوة الواسعة. ومن بين هذه العناصر، يبرز الماس، وهو شبه موصل متفوق ذو فجوة نطاق عريض للغاية. يتمتع Diamond بدرجة جدارة باليجا أعلى بـ 40 مرة من SiC و100 مرة أعلى من نيتريد الغاليوم، مما يجعله قمة تكنولوجيا أشباه موصلات الطاقة. ومن المتوقع أن تسيطر هذه المادة المبتكرة على الحقبة القادمة من مكونات إدارة الطاقة الإلكترونية، مما يشير إلى تحول كبير في تفضيلات المواد شبه الموصلة.

يقدم Diamond مزايا كبيرة مقارنة بمواد أشباه الموصلات التقليدية في العديد من المجالات الرئيسية: الإدارة الحرارية، وكفاءة التكلفة، وثاني أكسيد الكربون₂ تخفيض.

إحدى المزايا البارزة للماس هي خصائصه الحرارية الفريدة. على عكس معظم أشباه الموصلات، تقل مقاومة الماس مع زيادة درجة الحرارة. هذه الخاصية تجعل الأجهزة القائمة على الماس فعالة بشكل خاص في درجات حرارة التشغيل النموذجية التي تبلغ حوالي 150 درجة مئوية لمحولات الطاقة. على عكس أجهزة السيليكون أو SiC، التي تتطلب جهود تبريد كبيرة عند درجات حرارة عالية، يمكن للأجهزة الماسية الوصول إلى حالة مستقرة أثناء التشغيل دون الحاجة إلى إجراءات تبريد مكثفة.

علاوة على ذلك، يتفوق الماس كمبدد للحرارة. وتترجم قدراتها الفائقة في تبديد الحرارة إلى انخفاض في فقد الطاقة. تتيح هذه الكفاءة للمحولات المصنوعة من الأجهزة النشطة القائمة على الماس أن تكون أخف وزنًا وأصغر حجمًا بشكل ملحوظ مقارنة بالحلول القائمة على السيليكون. وفقًا لشيكوت، يمكن للمحولات التي تستخدم التكنولوجيا القائمة على الماس أن تكون أخف وأصغر بمقدار 5 مرات وأصغر من تلك المعتمدة على السيليكون، وأخف وزنًا وأصغر بمقدار 3 مرات من تلك المعتمدة على SiC.

تحويل إنتاج أشباه الموصلات باستخدام تكنولوجيا الماس

من المتوقع أن يؤدي استخدام الماس في تصنيع أشباه الموصلات إلى إحداث ثورة في صناعة الإلكترونيات، مما يوفر طريقًا لأجهزة أكثر كفاءة وقوة. وأشار شيكوت إلى الخطوات التي تم تحقيقها في تصنيع الماس باستخدام الميثان، وهو مصدر كربون فعال من حيث التكلفة. ومن المثير للدهشة أن هذه العملية تتطلب طاقة أقل من نمو SiC التقليدي بسبب انخفاض درجات حرارة التشغيل.

وشدد شيكوت على الميزة التنافسية للرقائق القائمة على الماس مقارنة بنظيراتها من كربيد السيليكون. سيتطلب مكون الألماس مساحة سطح أقل بـ 4 مرات على الأقل من الرقاقة، لذلك يقدر أن الماس سيكون قادرًا على المنافسة مع SiC من حجم رقاقة يبلغ 4 بوصات.

والمفتاح لهذا الابتكار هو القدرة على إنتاج أجهزة عالية الجهد مثل صمامات شوتكي وترانزستورات MOSFET، التي تتحمل جهدًا مثيرًا للإعجاب يصل إلى 3000 فولت و1000 فولت على التوالي. تجد هذه التقنية تطبيقًا في مجال الإلكترونيات الخاصة بالمركبات الكهربائية والعاكسات، مما يشير إلى حدوث تحول كبير في إلكترونيات الطاقة.

وقد تعمقت شيكوت في إنشاء خط تجريبي، وهي خطوة حاسمة نحو التسويق، حيث سيؤدي إنتاج الرقائق والأجهزة القائمة على الماس على نطاق صغير إلى تسهيل الاختبار والتكامل في المشاريع المستقبلية. ويهدف التعاون مع الشركاء الصناعيين إلى تحسين التكنولوجيا من أجل اعتمادها على نطاق أوسع.

علاوة على ذلك، فإن مرونة تكنولوجيا الماس تمتد إلى ما هو أبعد من الإلكترونيات. ومن خلال التحكم في المنشطات، يمكن للشركة تلبية احتياجات تطبيقات الاستشعار الكمي وحتى تحويل الطاقة البيتافولتية، مما يعرض الإمكانات المتنوعة للمواد القائمة على الماس.

يكمن أحد التحديات الملحوظة في تكييف التغليف لهذه الأجهزة عالية الأداء. التغليف القياسي يكفي للعديد من التطبيقات، ولكن التغليف المتخصص يصبح ضروريًا للبيئات القاسية، التي تتطلب تطويرًا مستمرًا.

وتتعاون الشركة بشكل وثيق مع الشركاء الصناعيين، وخاصة في قطاع الإلكترونيات، لمعالجة قضايا مثل الموثوقية وتكييف التكنولوجيا مع الاحتياجات المحددة وتطوير الأجهزة المتخصصة. وهي تتمتع بخبرة في تصنيع المواد والتوصيف الكهربائي الساكن، وتعمل مع شركاء خارجيين للتوصيف الجينومي والتعبئة والتغليف.

وستمكن هذه الجولة الأولى من التمويل شركة Diamfab من إنشاء خط تجريبي للتصنيع المسبق لتكنولوجيتها، وتسريع تطويرها وبالتالي تلبية الطلب المتزايد على أشباه موصلات الماس.

التدوينة ثورة في إلكترونيات الطاقة باستخدام أشباه الموصلات القائمة على الماس ظهرت لأول مرة على أخبار إلكترونيات الطاقة.