Japonya yarı iletkenler için sentetik elmas geliştiriyor: Potansiyeli çok büyük

Japonya’dan gelen yeni araştırma ve geliştirme (Ar-Ge) çalışmaları, elmas yarı iletkenlerin ticari olarak kullanılabilir hale gelmesini her zamankinden daha yakın bir aşamaya getirdi. Sentetik elmaslardan üretilen bu güçlü yarı iletkenler, mevcut silikon cihazlara kıyasla yaklaşık 50.000 kat daha fazla elektrik iletebiliyor.

Elmas yarı iletkenler geliyor

Isıl iletkenlik ve yalıtkanlık özellikleri elması mevcut yarı iletken malzemelerden çok daha üstün kılıyor. Örneğin, elmas yarı iletkenler, silikonun yalıtkan olarak sahip olduğu elektriksel gücün 33 katına sahip ve yaklaşık 5 kat daha yüksek sıcaklıklarda çalışabiliyor. Teorik olarak elmas yarı iletkenler, silikon temelli cihazların çok ötesinde bir performans sunarak enerji kayıplarını büyük ölçüde azaltıyor.

Silisyum karbür (SiC) ve galyum nitrür (GaN) gibi malzemeler de gelecek nesil yarı iletkenler arasında dikkati çekerken, elmasın performansı bu malzemelerden katbekat daha yüksek. Elmas, Baliga ölçütüne göre SiC’e göre 80 kat, GaN’a göre ise 10 kat daha üstün bir performans sergiliyor. Bu da elmasın, diğer yarı iletkenlere kıyasla enerji verimliliği açısından çok daha üstün olduğunu ifade ediyor.

Bu özellikleri nedeniyle elmas yarı iletkenlerin, elektrikli araçlar, hava araçları ve enerji üretim istasyonları gibi büyük ve sabit bir güç kaynağı gerektiren uygulamalarda kullanılabileceği belirtiliyor. Ayrıca yüksek sıcaklık ve radyasyona karşı dayanıklılıkları, nükleer enerji ve uzay teknolojilerinde de büyük potansiyele sahip olduklarını gösteriyor.

Elmas yarı iletkenler üzerine yapılan araştırmalar uzun yıllardır devam ediyor ancak malzemenin sertliği nedeniyle işlenmesi ve büyük boyutlu kristallerin üretilmesi gibi zorluklar ticari kullanıma geçişi engelledi. Buna rağmen, Japonya’nın son yıllarda yaptığı ilerlemeler bu engelleri aşmaya yardımcı oluyor. Elmas yarı iletkenlerin 2025 ile 2030 yılları arasında ticarileşme aşamasına girmesi bekleniyor. Japonya bu alanda Ar-Ge lideri konumunda.

Japonya bu konuda lider

Örneğin 2023 yılında ülke, dünyanın ilk elmas yarı iletken devresini geliştirdi. Ayrıca, Tokyo merkezli Orbray, sentetik elmas plakaları seri üretme teknolojisini geliştirdi ve 2 inçlik plaka üretiminde başarıya ulaştı. Firma, kısa süre içinde 4 inçlik elmas plakaların üretimine geçmeyi hedefliyor. Power Diamond Systems adlı Tokyo merkezli bir girişim, dünya çapında lider konumda olan ve 6.8 amperlik elektrik akımını taşıyabilen bir elmas bileşen geliştirdi. Bu bileşenin birkaç yıl içinde örneklerinin piyasaya sürülmesi planlanıyor.

Elmas yarı iletkenlerin ticari kullanımı arttıkça, özellikle nükleer enerji ve uzay teknolojileri gibi zorlu ortamlarda kullanım alanlarının genişlemesi bekleniyor. Ookuma Diamond Device adlı bir girişim, Fukushima bölgesinde elmas yarı iletkenleri seri üretmek için bir fabrika inşa ediyor. Bu yarı iletkenlerin, Fukushima Daiichi nükleer santralindeki enkazların kaldırılmasında kullanılacak ekipmanlara entegre edilmesi hedefleniyor. Günümüz sistemleri eriyen Fukushima santralinde uzun süreli olarak çalışamıyor. Tesisin 2026 mali yılında faaliyete geçmesi planlanıyor.