वासेडा विश्वविद्यालय से उत्पन्न जापानी स्टार्टअप पावर डायमंड सिस्टम्स (पीडीएस) सिंथेटिक हीरे का उपयोग करके अगली पीढ़ी के पावर सेमीकंडक्टरों के निर्माण में अग्रणी के रूप में तेजी से उभर रहा है। सेमीकंडक्टर जापान 2025 में, कंपनी ने उच्च वोल्टेज और उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए हीरे-आधारित पावर एमओएसएफईटी (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) का अनावरण करते हुए शानदार प्रदर्शन किया। विशेष रूप से, पीडीएस ने अपनी एकीकृत मूल्यांकन प्रणाली में इस तकनीक का प्रदर्शन किया, जिससे पैकेजित उपकरणों के सफल संचालन को प्रमाणित किया गया - जो पैकेजित हीरे के सेमीकंडक्टरों के प्रदर्शन का पहला सार्वजनिक सत्यापन है।
ये डायमंड पावर एमओएसएफईटी सैकड़ों वोल्ट का सामना करने के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए हैं, जो सिलिकॉन (सी) और यहां तक कि सिलिकॉन कार्बाइड (सिक) से बने समकक्ष उत्पादों की तुलना में कहीं अधिक टिकाऊपन और दक्षता प्रदर्शित करते हैं। सार्वजनिक वितरण प्रणाली का मानना है कि इन उपकरणों का उपयोग अंततः इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवीएस), एयरोस्पेस प्लेटफॉर्म और संचार उपग्रहों जैसे क्षेत्रों में किया जाएगा, जहां थर्मल स्ट्रेस, विकिरण और पावर घनत्व के संबंध में डिज़ाइन संबंधी गंभीर चुनौतियां मौजूद हैं। हालांकि यह तकनीक अभी भी अनुसंधान और विकास चरण में है, कंपनी 2030 के दशक तक व्यावसायीकरण हासिल करने के लिए संभावित उद्योग भागीदारों के साथ सहयोग करने की योजना बना रही है।
पीडीएस की महत्वाकांक्षाएं घरेलू बाजार से कहीं आगे तक फैली हुई हैं। जुलाई 2025 में, स्टार्टअप ने जापान एयरोस्पेस एक्सप्लोरेशन एजेंसी (जेएक्सए) के साथ एक संयुक्त अनुसंधान साझेदारी की घोषणा की, जिसके तहत वास्तविक अंतरिक्ष वातावरण में अपने डायमंड पावर एमओएसएफईटी का परीक्षण किया जाएगा। इस सहयोग का उद्देश्य ग्रहों और उपग्रहों पर किए जाने वाले तीव्र विकिरण, निर्वात और ऊष्मीय चक्रण जैसी स्थितियों में इन उपकरणों की मजबूती को सत्यापित करना है। जमीनी प्रदर्शन और विश्वसनीयता परीक्षण वित्तीय वर्ष 2025 (अप्रैल 2025 से मार्च 2026) में शुरू होने की योजना है। इस चरण में, घटकों को कक्षीय परीक्षण मंच या गहरे अंतरिक्ष मिशन पर भेजने से पहले उपकरणों की यांत्रिक और इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता का मूल्यांकन किया जाएगा।
अर्धचालक सब्सट्रेट के रूप में हीरे में कई अंतर्निहित लाभ हैं। यह किसी भी ठोस पदार्थ की तुलना में उच्चतम ज्ञात तापीय चालकता, उत्कृष्ट विकिरण प्रतिरोध और एक विस्तृत बैंडगैप का दावा करता है, जो इसे उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श सामग्री बनाता है। ये गुण हीरे पर आधारित उपकरणों को सिलिकॉन कार्बाइड (सिक) या गैलियम नाइट्राइड (गण मन) की तुलना में उच्च तापमान और वोल्टेज पर संचालित करने में सक्षम बनाते हैं, जिससे भविष्य में एयरोस्पेस, रक्षा और उच्च-प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रिक वाहन अनुप्रयोगों में पावर इलेक्ट्रॉनिक्स को नया रूप देने की क्षमता विकसित होती है।
अब तक, पीडीएस के प्रोटोटाइपों ने रिकॉर्ड तोड़ शक्ति घनत्व हासिल कर लिया है, जिससे कंपनी सेमीकंडक्टर नवाचार में अग्रणी स्थान पर है। हालांकि बड़े पैमाने पर उत्पादन में अभी कई साल लगेंगे, लेकिन हीरे के भौतिक लाभों, एकीकृत उपकरण इंजीनियरिंग और संस्थानों के साथ सहयोग के कारण पीडीएस अगले दशक में अति-उच्च-प्रदर्शन वाले पावर सेमीकंडक्टरों में अग्रणी बनने के लिए तैयार है।
पीडीएस द्वारा उत्पादित हीरा-आधारित पावर सेमीकंडक्टर एलईडी प्रकाश व्यवस्था को प्रभावित कर सकते हैं, लेकिन यह प्रभाव मुख्य रूप से अप्रत्यक्ष और सिस्टम-स्तर का होता है। इसका सबसे बड़ा प्रभाव थर्मल प्रबंधन, ड्राइवर दक्षता, विश्वसनीयता और कुछ विशिष्ट पर्यावरणीय अनुप्रयोगों में निहित है।
सिस्टम-स्तर की दक्षता और लघुकरण
डायमंड पावर एमओएसएफईटी कम नुकसान के साथ उच्च वोल्टेज को स्विच कर सकते हैं, जिससे स्ट्रीटलाइट, स्टेडियम लाइटिंग और गार्डन लाइट जैसी उच्च-शक्ति वाले एलईडी ल्यूमिनेयर के ड्राइवरों की एसी-डीसी और डीसी-डीसी रूपांतरण दक्षता में सुधार होता है।
ड्राइवर की दक्षता में वृद्धि से अपशिष्ट ऊष्मा में कमी आती है, जिससे छोटे हीटसिंक, अधिक कॉम्पैक्ट ल्यूमिनेयर डिज़ाइन या दिए गए पावर बजट के भीतर प्रति ल्यूमिनेयर उच्च ल्यूमेन संभव हो पाते हैं।
तापीय प्रबंधन और जीवनकाल
हीरे की उत्कृष्ट तापीय चालकता इसे न केवल एक सक्रिय अर्धचालक के रूप में बल्कि एलईडी मॉड्यूल और ड्राइवर बोर्डों में ऊष्मा अपव्यय सामग्री के रूप में भी मूल्यवान बनाती है।
उच्च-शक्ति वाले एलईडी में डायमंड सबस्ट्रेट या सर्किट बोर्ड का उपयोग करने से कंपोनेंट के जीवनकाल में उल्लेखनीय वृद्धि साबित हुई है क्योंकि यह जंक्शन तापमान को कम करता है, जो उच्च-शक्ति वाले एलईडी सिस्टम में विफलता का एक महत्वपूर्ण कारण है।
कठोर वातावरण और विशेष प्रकाश व्यवस्था
डायमंड इलेक्ट्रॉनिक्स और संभावित डायमंड एलईडी उच्च तापमान, उच्च दबाव, विकिरण या संक्षारक रसायनों (जैसे औद्योगिक संयंत्र, भूमिगत, एयरोस्पेस, परमाणु ऊर्जा) जैसे चरम वातावरण के लिए उपयुक्त हैं।
एलईडी उद्योग के लिए, इसका तात्पर्य विशिष्ट उत्पाद श्रृंखलाओं से है: कठोर वातावरण में उपयोग होने वाले प्रकाश उपकरण, मिशन-क्रिटिकल सिग्नल लाइटें, और पारंपरिक एलईडी या ड्राइवरों की तेजी से उम्र बढ़ने के लिए समर्पित मीटरिंग या यूवी/नसबंदी प्रकाश स्रोत।
गैलियम नाइट्राइड और उच्च-शक्ति एलईडी के साथ एकीकरण
डायमंड फिल्मों को गैलियम नाइट्राइड के साथ मिलाकर किए गए अध्ययनों से पता चला है कि चिप से गर्मी को अधिक प्रभावी ढंग से फैलाकर और निकालकर उच्च-शक्ति वाले एलईडी के थर्मल प्रदर्शन में काफी सुधार किया जा सकता है।
डायमंड पावर डिवाइस और गण मन नेतृत्व किया को डायमंड सब्सट्रेट पर एनकैप्सुलेट करके, निर्माता विश्वसनीयता से समझौता किए बिना ड्राइव करंट और पावर डेंसिटी को और बढ़ा सकते हैं, जिससे अधिक चमकदार और मजबूत हाई-पावर पैकेज प्राप्त होते हैं।