何十年もの間、シリコンは半導体産業の根幹を担ってきました。 Diamfab は、次の時代はダイヤモンドに属すると信じています。その理由を探り、まったく新しい材料プラットフォームを工業化するために何が必要かを知るために、私は CEO の Gauthier Chicot に話を聞きました。
フランスの企業 DIAMFAB は、Institut Néel-CNRS から独立した企業です。その技術は、要求の厳しい電子用途向けの高品質合成ダイヤモンドの成長に関する 30 年にわたる研究開発に基づいています。
同社は、特に大電力を変換、管理、配電するパワーエレクトロニクスにおいて、従来の半導体材料（シリコン、炭化ケイ素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）など）の代替品として機能する合成ダイヤモンドを製造しています。
ダイヤモンドはもはや実験室の材料ではありません。工業用素材になりつつあります。日本のオオクマ ダイヤモンド デバイスは 3,000 万ユーロ以上を調達し、一方、より確立された米国の企業であるダイヤモンド ファウンドリーは急速に規模を拡大しており、今週、新しいマイクロチップ製造工場を建設するためにスペイン政府から 7 億 5,300 万ユーロの投資を発表しました。
Diamfab にとって、この国際的な活動の高まりは脅威ではなく、検証なのです。
「ダイヤモンドが私を選んだ」
多くのディープテック材料イノベーションのスピンアウトと同様、Diamfab は学術界で生まれました。シコット氏は「私がダイヤモンドを選んだのではなく、ダイヤモンドが私を選んだのです。私は半導体材料を研究し、他の半導体の研究を始めましたが、博士論文の途中でダイヤモンドに取り組む機会を得ました。その時、私はダイヤモンドとそれが提供できるすべての特性を発見しました。」
電化には新しい種類のパワー材料が必要です
シコット氏は、より多くのシステムが電化されるにつれて（電気自動車がその代表的な例です）、大量の電力を効率的に処理する必要性が急速に高まっていると指摘しています。今日のほとんどの電力変換デバイスは依然としてシリコンで作られていますが、この材料は高電力で動作すると限界に達します。
Chicot 氏によると、私たちは 20 ～ 30 年にわたり、シリコンに代わる素材を探してきました。
「私たちはすでにシリコンからシリコンカーバイドに移行しており、すべての Tesla Model 3 には車内に SiC コンバーターが搭載されています。しかし、私たちは依然として効率を向上させ、システムを簡素化したいと考えています。
最も効果的な素材はダイヤモンドです。炭化ケイ素を上回る性能を発揮します。」
小さく、軽く、丈夫なダイヤモンドは、炭化ケイ素の 3 倍、シリコンの 13 倍高い電圧に耐えることができます。さらに、ダイヤモンドは熱の放散性に非常に優れており、銅よりもさらに優れています。
「これは、ダイヤモンド デバイスが大量の電力を処理し、自身の熱を効率的に排出できることを意味します。デバイスが加熱すると、そのパフォーマンスが低下します。そのため、今日、たとえば電気自動車ではファンや冷却システムが使用されています。これらのシステムは大きくて複雑です。ダイヤモンドは、それを回避するのに役立ちます。」とチコット氏は説明します。
最後に、ダイヤモンドは二酸化炭素排出量も削減します。
シコットの詳細：
「デバイスの製造に必要なダイヤモンド材料は非常に少量です。そのため、製造から使用までの設置面積が少なくなります。」
実際、ダイヤモンドを使用すると、半導体はコンパクト、軽量になり、高温でも安定し、高電圧や放射線に耐性があり、シリコンよりもエネルギー効率が高くなります。
これは、EV、航空宇宙、送電網、耐放射線システムなどの過酷な条件下でのエレクトロニクスにとって非常に貴重であると同時に、ダイヤモンドの NV センター機能を利用した無線周波数、オプトエレクトロニクス、高エネルギー検出器、量子技術でもチャンスが拡大しています。
パイロットラインの構築: プロトタイプから産業用現実まで
Diamfab の展開に関してはまだ比較的初期段階にあり、チームは顧客やパートナーにプロトタイプを提供しています。同社は2024年3月に870万ユーロを調達した。
同チームはパイロットラインを構築中で、これにより産業の現実を表す条件でウエハーやデバイスを開発、テストできるようになる。 「これは、私たちが産業化への準備ができていることをパートナーに示すものでもあります」とチチョット氏は説明します。
さらに、ダイヤモンドを他の材料の導電性電極として使用するニッチ市場がすでに存在します。
「完全なダイヤモンドパワーデバイスに比べて『魅力的』ではありませんが、収益を生み出し、産業企業としての運営方法を学ぶのに役立ちます。」
保守的な業界を変革する技術
全体として、課題の一部は、多くの点でまだフロンティア技術であるものを顧客に受け入れるよう説得することです。シコット氏によると、多くの産業界関係者がダイヤモンドのことを聞いたことがあるが、それは 10 ～ 20 年前のことだという。
「当時はそれが始まりでした。私たちはそれらを更新し、テクノロジーが劇的に向上したことを示す必要があります。」
「また、私たちが協力するのに適したパートナーであることを彼らに示す必要があります。業界は非常に保守的です。私たちはシュナイダーエレクトリックのような企業と取引している20人の従業員です。
したがって、私たちができることを示すこと、エンドユーザーを説得すること、そしてバリューチェーン全体で会話を推進することのバランスを取る必要があります。
まずエンドユーザーを説得する必要があります。私たちは彼らに付加価値とパフォーマンスの向上を示す必要があります。そうすれば、エンドユーザーは半導体プレーヤーを説得して、それに取り組み始めることになるでしょう。」
シコット氏は、フランスやヨーロッパでは企業はより保守的だが、ほとんどの産業界関係者は現在、ダイヤモンドがパワーエレクトロニクスの次の材料になると確信していると主張する。しかし、ヨーロッパ以外では、トヨタのような日本企業がダイヤモンドの可能性を模索し続けています。
「国際的に関心が高まっています。問題は、いつになるかです。それは、新興企業や大手企業など、どれだけの主体がゲームに参加するかによって決まります。」
ウェーハの規模が拡大すれば、業界大手も耳を傾ける
重要なのは、Diamfab の取り組みにおける最大の成果の 1 つは、既存のサプライ チェーンに適合したことです。シコット氏によると、バリューチェーンの始まりである「基材と成長する層」はダイヤモンドに特有のものです。
「しかし、基板と活性層があれば、標準的なクリーンルームでウェーハを処理できます。金属蒸着、リソグラフィーなどは、他の半導体と同じ装置です。唯一の要件はウェーハサイズです。産業施設が生産ラインに入れるには、少なくとも 4 インチのウェーハが必要です。」
ただし、装備自体は同じです。たとえば、今日プロトタイプを製造するために、私たちは窒化ガリウムなどに使用されているのと同じ装置を備えた研究施設を使用していますが、レシピを変更しただけです。」
十分な大きさのウェーハで材料が準備できたら、チームはそれを STMicroelectronics、TSMC などに提案できます。
「相互汚染を避けるために専用ラインが必要になりますが、装置を変える必要はありません。価値はダイヤモンド素材そのものから生まれます」とチコット氏は説明しました。 ´
ダイヤモンドが半導体の再産業化においてヨーロッパの最善の策である理由
シコット氏は、ディアムファブの使命はダイヤモンドが産業上の現実を持っていることを実証することだと主張する。
「実際、ヨーロッパには、研究センター、基板プロバイダー、デバイスの専門知識、大手産業プレーヤーなど、ダイヤモンド半導体のサプライチェーンを構築するために必要なものがほぼすべて揃っています。
これはヨーロッパで半導体を再産業化するチャンスです。ダイヤモンド パワー エレクトロニクスは新しい技術であり、ヨーロッパはパワー エレクトロニクスに強いです。
アジアがすでに成熟しているシリコン製造における大きなギャップを埋めるよりも、新しい技術を工業化する方が簡単です。私たちはこの新しいテクノロジーを活用して、ヨーロッパに新しいエコシステムを構築する必要があります。」
リード画像: DIAMFAB ウェーハ ダイオード。写真:グルノーブル アルプ メトロポール。ルーカス・フランジェラ。