1960年以来、シリコンは半導体で最も人気のある材料であり、その市場占有率は以前のように95％です。 しかし、シリコンの使用は、業界にいくつかの不溶性の長期にわたる問題を課しています。 「ムーアの法則」として広く知られている最も有名な問題。 この経験則は、シリコンの能力によって物理的に制限される、周期的な小型化と電子機器の速度向上の傾向を強調しています。 ムーアの法則は繰り返し埋められようとしましたが、奇妙な方法で、生産者はなんとかその効果を広げました。 ムーアが1965年に2つの法律を導入したことを誰もが知っているわけではありません。 そして、ムーアの第二法則だけがより深刻な問題です。 マイクロチップの作成に使用される製造施設のコストは、マイクロチップの需要よりも急速に増加していると言われています。
以前は、生産を組織化するコストは、重要ではありますが、電子機器の製造と流通のすべてのコストのわずかな部分を占めていました。 現在の状況では、新しい生産施設のコストは非常に大きな額に達する可能性があり、マイクロサーキット市場全体のかなりの部分に匹敵するため、さらなる資金調達の適切性の問題を提起しています。 同時に、新しい材料の開発には約10年かかり、多額の財政投資を必要とするため、メーカーはシリコンを完全に放棄する準備ができていません。
シリコンを使用することのさらに関連性があり目に見える問題は、その加熱です。 歴史的に、シリコン半導体の熱条件を制御することは、常に大きなエレクトロニクスの問題でした。 エネルギー損失の主な原因となる必要な冷却方法は効果がありません。 業界では、シリコンの代替品が必要です。これにより、より強力で、より速く、よりクリーンで（不純物が少なく）、加熱装置を少なくすることができます。 これらの品質は、ダイヤモンド半導体を提供できます。 ダイヤモンドは、シリコン構造の基板として、また半導体材料の独立したプラットフォームとして、今日のシリコンの真の代替品です。
動きの遅い巨人はシリコン産業の必然的な終わりを遅らせようとしているが、実験室や研究機関の傍観者たちは、科学者たちが代替材料を使って力と実験を試みている。 そのうちの1つはダイヤモンドです。
数十年間、科学者はこの材料とその人工的な製造方法を研究してきました。
以前は、電子機器にダイヤモンドを使用する問題は3つの性質がありました。
-天然ダイヤモンドの価格は、市場で価格を売りたくない独占者デビアスのポリシーのおかげで非常に高い。
解決策
高品質の合成ダイヤモンドの安価な生産がこの問題を解決します。
-実際、通常、大きくてきれいな石の信頼できる供給源はありません。 化石ダイヤモンドにはさまざまな電気的特性がありますが、ご存知のように、電子機器の大衆市場にとってはガットではありません。
解決策
1950年代から、エンジニアは工業用の小さな結晶の作り方を学び、2003年の夏にジュエリーグレードの人工ダイヤモンドの最初の波が市場に登場しました。 フロリダのGemesisとボストンのApollo Diamondの 2つの会社が、それらの作り方を学びました。 現時点では、合成ダイヤモンドの生産が急速に勢いを増しています。
アメリカの会社Apollo Diamond、Inc. 化学蒸着（CVD）法を使用して、欠陥のない結晶構造を持つ極めて純粋な宝石品質のダイヤモンドを成長させる方法を開発し、特許を取得しました。 このCVD法により、炭素がプラズマに変換され、ダイヤモンドの形で基板上に堆積されます。
合成ダイヤモンドを生産する企業のリスト
-世界中の材料科学者は、3番目の問題に戸惑っていました。 超小型回路を作成するには、p型とn型の半導体が必要であり、ダイヤモンドは自然な絶縁体です。
解決策
科学者は、導電性を確保するために、ダイヤモンド結晶格子にホウ素を導入し、望ましいタイプのp型導電性を作り出しました。 しばらくの間、誰もダイヤモンドにn型導電性を作成することができませんでしたが、2003年6月にブレークスルーが行われました。 科学者は、ホウ素の自然な伝導性を反転させ、ホウ素がドープされたn型ダイヤモンドを作成する方法を発見しました。 したがって、必要なpnペアのマイクロ回路が開発されます。
業界にとってもう1つの暗黙の、そしておそらく最も危険な問題があります。それは、企業、またはむしろその経済的利益です。 ここで注目すべき例は、 石油ロビイストの話です 。彼は長い間、電気自動車開発者の車輪に棒を入れていました。
単純な論理構造の結果、電気自動車が徐々に勢いを増しているため、この問題は永遠ではないことは明らかです。テスラはそれを完全に示しています。 そしてそれは、この分野でのブレークスルーが避けられないことを意味します。
すでに多くの専門家は、業界がダイヤモンドの時代に突入しつつあると考えています。 さまざまな産業に新たなレベルの生産性をもたらすことができる、非常に優れた電子特性を持つ有名な天然素材を選択することは困難です。
なぜダイヤモンドを原料として考えることにしたのですか？
ダイヤモンド半導体は、性能を損なうことなく、シリコンデバイスの動作温度の5倍の条件で動作できます。 絶縁破壊電圧が大きく、熱伝導率が高い。 同様のシリコンサンプルよりも大幅に優れた、ダイヤモンドをベースにした利用可能な半導体デバイス。 また、新しい半導体デバイスを使用すると、すでにほぼ絶滅したムーアの法則の火に燃料を投じることができます（小型化と速度、あなたは覚えています）。
その結果、半導体用ダイヤモンド材料の市場は、シリコン材料、特に炭化ケイ素の市場を簡単に覆い隠し、昨年は非常に大きな成長を見せました。
天然および合成のテクニカルダイヤモンドは、価格が大きく異なります。 天然ダイヤモンドの価格は、ダイヤモンドの破片の1カラットあたり平均1ドルからほとんどの石で2.50ドルから10カラットまでの範囲ですが、一部の大きな石は1カラットあたり最大200ドルで販売されています。 合成工業用ダイヤモンドの価格は、粒子の強度、サイズ、形状、結晶化度、および金属コーティングの有無によって異なります。 一般に、合成研削および研磨ダイヤモンドの価格は、1カラットあたり0.40ドルから2.00ドルの範囲です。
未来はここにあります
マイクロエレクトロニクスのアクティブな要素としてダイヤモンドを使用する有望な分野の1つは、高電流および高電圧エレクトロニクスです。 ダイヤモンド半導体を使用すると、電話、カメラ、車両など、さまざまなデバイスのバッテリー寿命を延ばすことができます。 また、自動車メーカーはすでに電気自動車の制御モジュールでの使用に注目しています。
データセンターで使用されるコンピュータークラウドサーバーの生産における新素材の可能性は、非常に無駄な方法で大量のエネルギーを消費するため、非常に貴重です。 洗濯機からテレビやデジタルカメラに至るまで、家電メーカーに多くの機会が開かれています。 高い信頼性と性能を持ち、最も過酷な動作条件に対応するために家族で書かれた軍用機器について、私たちは何と言えますか
その結果、ダイヤモンド半導体産業はエネルギーコストを大幅に削減します。 私たちの能力と能力は変わります。 電話、ラップトップ、その他の個人用電子機器の使用に関する問題はまったく異なります。 これまで不可能だった一部のデバイスは、発明されるだけです。
一般に、私たち自身には非常に明るい市場の見通しがありますが、基本的に解決した上記の問題は、この技術の即時の広範な普及を防ぐために対処しなければならないいくつかの小さな問題に分割されます。
- 楽器の大量生産に適した直径（> 100 mm）の手頃な価格の単結晶ダイヤモンドウェーハの欠如。
- 酸素の存在下で600°Cを超える温度での黒鉛化および900°Cでのグラファイトへの変換
- ダイヤモンドは最も硬く最も耐薬品性の高い材料であるため、機械加工（研削、研磨）および従来の技術操作（p型およびn型領域の形成、拡散、イオンドーピング、「ドライ」および「ウェット」エッチング）の難しさ。
- 室温ですでに完全に活性化されているp型およびn型不純物による制御された直接ドーピングの複雑さ。 研究対象のダイヤモンド不純物のほとんどは、非常に深い不純物エネルギーレベルを持っているため、常温で安定して動作するデバイスを作成することはできません。
- 工業用ダイヤモンド技術の欠如。
合成単結晶ダイヤモンドに基づくデバイスの開発は、長年にわたって行われてきました。 しかし、それらの大量生産と科学的および技術的問題の全範囲が解決されるまでにはまだ長い道のりがあります。 同時に、天然および合成のダイヤモンド単結晶上に、マイクロ波トランジスタ、ショットキーダイオード、太陽光に「ブラインド」な光検出器、X線センサーなどを作成することはすでに可能です。 これらの材料に基づくデバイスの商業生産の始まりは、主要な技術的問題がすでに解決されていることを示しています。
業界をリードする主要なイノベーションはすべて、 Apollo DiamondやAKHAN Technolgiesなどの小規模企業によって開発されています。 それらの多くは、実際の生産技術に基づいて構築する必要があります：投資、管理、生産拠点、特別な産業研究開発、ハイテク市場向けの特別なマーケティングなど。
上記のすべての観点から、Peter Thielが技術進歩の停滞について語っている私の以前の記事で少し議論することができます。
PSこの作品を読むことができた人たちに注目してくれてありがとう。