Power Diamond Systems (PDS), una startup japonesa originada en la Universidad de Waseda, se perfila como pionera en la fabricación de semiconductores de potencia de nueva generación con diamante sintético. En Semiconductor Japan 2025, la compañía tuvo una destacada actuación al presentar MOSFET de potencia (transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico) basados en diamante, diseñados para aplicaciones de alto voltaje y alta temperatura. Cabe destacar que PDS demostró esta tecnología en su sistema de evaluación integrado, validando el funcionamiento correcto de dispositivos encapsulados, lo que marca la primera verificación pública del rendimiento de semiconductores de diamante encapsulados.
Estos MOSFET de potencia de diamante están meticulosamente diseñados para soportar cientos de voltios, con una durabilidad y eficiencia muy superiores a las de productos comparables de silicio (Si) e incluso de carburo de silicio (SiC). PDS prevé que estos dispositivos se utilicen en campos como vehículos eléctricos (VE), plataformas aeroespaciales y satélites de comunicaciones, donde existen importantes desafíos de diseño en cuanto a estrés térmico, radiación y densidad de potencia. Si bien la tecnología aún se encuentra en fase de investigación y desarrollo, la compañía planea colaborar con posibles socios del sector para lograr su comercialización en la década de 2030.
Las ambiciones de PDS van mucho más allá del mercado nacional. En julio de 2025, la startup anunció una colaboración de investigación conjunta con la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) para probar sus MOSFET de potencia de diamante en entornos espaciales reales. Esta colaboración busca verificar la durabilidad de estos dispositivos en las intensas condiciones de radiación, vacío y ciclos térmicos habituales en operaciones planetarias y satelitales. Está previsto que las pruebas de rendimiento y fiabilidad en tierra comiencen en el año fiscal 2025 (de abril de 2025 a marzo de 2026). Esta fase evaluará la estabilidad mecánica y electrónica de los dispositivos antes de enviar los componentes a una plataforma de pruebas orbital o a una misión en el espacio profundo.
El diamante, como sustrato semiconductor, posee numerosas ventajas inherentes. Posee la mayor conductividad térmica conocida de cualquier sólido, una excelente resistencia a la radiación y una amplia banda prohibida, lo que lo convierte en un material ideal para aplicaciones de alto voltaje. Estas propiedades permiten que los dispositivos basados en diamante funcionen a temperaturas y voltajes más altos que el carburo de silicio (SiC) o el nitruro de galio (GaN), lo que podría redefinir la electrónica de potencia en futuras aplicaciones aeroespaciales, de defensa y de vehículos eléctricos de alto rendimiento.
Hasta la fecha, los prototipos de PDS han alcanzado densidades de potencia récord, lo que sitúa a la empresa a la vanguardia de la innovación en semiconductores. Si bien la producción en masa aún está a varios años de distancia, PDS está preparada para convertirse en líder en semiconductores de potencia de ultraalto rendimiento durante la próxima década, gracias a las ventajas físicas del diamante, la ingeniería de dispositivos integrada verticalmente y la colaboración con instituciones.
Los semiconductores de potencia basados en diamante, como los producidos por PDS, pueden afectar la iluminación LED, pero este impacto es principalmente indirecto y a nivel de sistema. Su mayor impacto reside en la gestión térmica, la eficiencia del controlador, la fiabilidad y ciertas aplicaciones ambientales exigentes.
Eficiencia y miniaturización a nivel de sistema
Los MOSFET de potencia de diamante pueden conmutar altos voltajes con menores pérdidas, mejorando la eficiencia de conversión de CA-CC y CC-CC de los controladores para luminarias LED de alta potencia, como farolas, iluminación de estadios y luces de jardines.
Una mayor eficiencia del controlador se traduce en una reducción del calor residual, lo que permite disipadores de calor más pequeños, diseños de luminarias más compactos o mayores lúmenes por luminaria dentro de un presupuesto de energía determinado.
Gestión térmica y vida útil
La excelente conductividad térmica del diamante lo hace valioso no sólo como semiconductor activo sino también como material de disipación de calor en módulos LED y placas de controladores.
Se ha demostrado que el uso de sustratos de diamante o placas de circuitos en LED de alta potencia extiende significativamente la vida útil de los componentes porque reduce la temperatura de la unión, un mecanismo de falla crítico en los sistemas LED de alta potencia.
Entornos hostiles e iluminación especializada
La electrónica de diamante y los LED de diamante potenciales son adecuados para entornos extremos, como altas temperaturas, altas presiones, radiación o productos químicos corrosivos (por ejemplo, plantas industriales, subterráneas, aeroespaciales, energía nuclear).
Para la industria del LED, esto se traduce en líneas de productos nicho: accesorios de iluminación para entornos hostiles, luces de señalización de misión crítica y fuentes de luz de medición dedicadas o de esterilización/UV para el rápido envejecimiento de los LED o controladores convencionales.
Integración con nitruro de galio y LED de alta potencia
Estudios que combinan películas de diamante con nitruro de galio han demostrado que el rendimiento térmico de los LED de alta potencia se puede mejorar significativamente al difundir y extraer el calor del chip de manera más efectiva.
Al encapsular dispositivos de potencia de diamante y LED de GaN en un sustrato de diamante, los fabricantes pueden aumentar aún más la corriente de accionamiento y la densidad de potencia sin sacrificar la confiabilidad, logrando así paquetes de alta potencia más brillantes y robustos.