A Power Diamond Systems (PDS), uma startup japonesa originária da Universidade de Waseda, está se consolidando rapidamente como pioneira na fabricação de semicondutores de potência de última geração utilizando diamante sintético. Na Semiconductor Japan 2025, a empresa teve um desempenho notável, apresentando MOSFETs (transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor) de potência baseados em diamante, projetados para aplicações de alta tensão e alta temperatura. A PDS demonstrou essa tecnologia em seu sistema de avaliação integrado, validando o funcionamento bem-sucedido de dispositivos encapsulados — marcando a primeira verificação pública do desempenho de semicondutores de diamante encapsulados.
Esses MOSFETs de potência de diamante são meticulosamente projetados para suportar centenas de volts, apresentando durabilidade e eficiência muito superiores a produtos comparáveis de silício (Si) e até mesmo de carbeto de silício (SiC). A PDS prevê que esses dispositivos serão utilizados em áreas como veículos elétricos (VEs), plataformas aeroespaciais e satélites de comunicação, onde existem desafios de projeto significativos relacionados ao estresse térmico, à radiação e à densidade de potência. Embora a tecnologia ainda esteja em fase de pesquisa e desenvolvimento, a empresa planeja colaborar com potenciais parceiros da indústria para alcançar a comercialização na década de 2030.
As ambições da PDS vão muito além do mercado interno. Em julho de 2025, a startup anunciou uma parceria de pesquisa conjunta com a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) para testar seus MOSFETs de potência de diamante em ambientes espaciais reais. Essa colaboração visa verificar a durabilidade desses dispositivos sob as intensas condições de radiação, vácuo e ciclos térmicos comuns em operações planetárias e de satélites. Os testes de desempenho e confiabilidade em solo estão planejados para começar no ano fiscal de 2025 (abril de 2025 a março de 2026). Essa fase avaliará a estabilidade mecânica e eletrônica dos dispositivos antes do envio dos componentes para uma plataforma de teste orbital ou missão no espaço profundo.
O diamante, como substrato semicondutor, possui inúmeras vantagens inerentes. Apresenta a maior condutividade térmica conhecida entre os sólidos, excelente resistência à radiação e uma ampla banda proibida, tornando-o um material ideal para aplicações de alta tensão. Essas propriedades permitem que dispositivos baseados em diamante operem em temperaturas e tensões mais elevadas do que o carbeto de silício (SiC) ou o nitreto de gálio (GaN), com potencial para redefinir a eletrônica de potência em futuras aplicações aeroespaciais, de defesa e em veículos elétricos de alto desempenho.
Até o momento, os protótipos da PDS alcançaram densidades de potência recordes, colocando a empresa na vanguarda da inovação em semicondutores. Embora a produção em massa ainda esteja a alguns anos de distância, a PDS está preparada para se tornar líder em semicondutores de potência de ultra-alto desempenho na próxima década, graças às vantagens físicas do diamante, à engenharia de dispositivos verticalmente integrada e às colaborações com instituições.
Semicondutores de potência à base de diamante, como os produzidos pela PDS, podem impactar a iluminação LED, mas esse impacto é principalmente indireto e em nível de sistema. Seu maior impacto reside no gerenciamento térmico, na eficiência do driver, na confiabilidade e em certas aplicações ambientais exigentes.
Eficiência e miniaturização em nível de sistema
Os MOSFETs de potência em diamante podem chavear altas tensões com menores perdas, melhorando a eficiência de conversão CA-CC e CC-CC dos drivers para luminárias LED de alta potência, como postes de iluminação pública, iluminação de estádios e luzes de jardim.
O aumento da eficiência do driver se traduz em menor dissipação de calor, permitindo dissipadores de calor menores, designs de luminárias mais compactos ou maior fluxo luminoso por luminária dentro de um determinado orçamento de energia.
Gestão térmica e vida útil
A excelente condutividade térmica do diamante o torna valioso não apenas como um semicondutor ativo, mas também como um material de dissipação de calor em módulos de LED e placas de controle.
A utilização de substratos ou placas de circuito impresso de diamante em LEDs de alta potência comprovou prolongar significativamente a vida útil dos componentes, pois reduz a temperatura de junção, um mecanismo crítico de falha em sistemas de LEDs de alta potência.
Ambientes hostis e iluminação especial
A eletrônica de diamante e os potenciais LEDs de diamante são adequados para ambientes extremos, como altas temperaturas, altas pressões, radiação ou produtos químicos corrosivos (por exemplo, instalações industriais, subterrâneas, aeroespaciais e de energia nuclear).
Para a indústria de LEDs, isso se traduz em linhas de produtos de nicho: luminárias para ambientes agressivos, sinalizadores de missão crítica e fontes de luz dedicadas à medição ou esterilização UV para o rápido envelhecimento de LEDs ou drivers convencionais.
Integração com nitreto de gálio e LEDs de alta potência
Estudos que combinam filmes de diamante com nitreto de gálio mostraram que o desempenho térmico de LEDs de alta potência pode ser significativamente melhorado através da difusão e extração de calor mais eficazes do chip.
Ao encapsular dispositivos de potência de diamante e LEDs de GaN em um substrato de diamante, os fabricantes podem aumentar ainda mais a corrente de acionamento e a densidade de potência sem sacrificar a confiabilidade, obtendo assim pacotes de alta potência mais brilhantes e robustos.