Diamond Foundry cultiva el primer disco de diamante monocristalino de 200 mm del mundo
El cristal monolítico busca disipar el calor en microchips de alta potencia e impulsar la electrónica de potencia
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Diamond Foundry produjo un disco de diamante monocristalino de 200 milímetros en estado bruto, presentando el material el 6 de noviembre como resultado de un esfuerzo de investigación de 25 años. La empresa de San Francisco desarrolló este cristal continuo para ayudar a disipar el calor de los microchips de alto rendimiento, en particular de los procesadores que gestionan cálculos intensivos de inteligencia artificial. Con una medida de 7,9 pulgadas de diámetro, la muestra monolítica representa una importante invención técnica en la síntesis de diamante sintético.
Una red cristalina continua sustituye a los segmentos ensamblados
El crecimiento de cristales de diamante con dimensiones aptas para semiconductores ha planteado durante mucho tiempo graves obstáculos físicos. Los diamantes naturales y sintéticos están formados por átomos de carbono unidos en una red estricta, y cualquier defecto en esa estructura interrumpe la transmisión térmica y el flujo de electrones. Según informó Interesting Engineering, los intentos previos de producir sustratos de diamante de gran tamaño se basaban en ensamblar cristales más pequeños o en utilizar discos policristalinos, que contienen límites de grano internos que retienen el calor. Superar estos límites con una oblea monocristalina representa una invención fundamental para la industria de los semiconductores.
La muestra de 200 mm creada por la empresa es una estructura única y continua sin uniones en los bordes. Anteriormente, Diamond Foundry fabricaba discos de 100 mm mediante heteroepitaxia de diamante, un método en el que los cristales de diamante crecen sobre un material base externo manteniendo una red ordenada. Aunque la firma no ha especificado si el nuevo espécimen de 200 mm utilizó el mismo mecanismo de crecimiento, su director ejecutivo, Martin Roscheisen, atribuyó el logro a la combinación de avances en física de plasma, diseño de reactores, ingeniería de cristales y química del crecimiento. Asimismo, destacó el trabajo fundacional iniciado hace un cuarto de siglo por los investigadores Stefan Gsell y Martin Fischer.
Gestión térmica en encapsulados de procesadores densos
La gestión térmica se ha convertido en uno de los principales límites físicos del hardware informático actual. Las arquitecturas de chips modernas integran circuitos eléctricos con gran densidad —especialmente en sistemas de inteligencia artificial de alto consumo energético—, generando puntos calientes localizados que ralentizan el rendimiento y degradan los componentes electrónicos con el paso del tiempo. El diamante monocristalino de alta pureza ofrece una conductividad térmica de unos 2.000 vatios por metro-kelvin a temperatura ambiente, lo que supone un valor varias veces superior al del cobre.
Gracias a este rendimiento térmico, el diamante monocristalino puede funcionar como un eficaz disipador de calor o sustrato directamente bajo las matrices activas de silicio, tal y como señala Interesting Engineering. El diamante posee además una amplia banda prohibida de unos 5,47 electronvoltios. Esta amplia banda prohibida hace que el mineral sea adecuado para la electrónica de potencia de alta tensión y alta frecuencia que debe operar en condiciones eléctricas extremas sin sufrir rupturas dieléctricas.
De la muestra en bruto a la oblea de producción
El disco actual sin pulir actúa como un prototipo de desarrollo más que como un producto comercial terminado y listo para salas blancas. Para incorporarse a las líneas de fabricación de chips, los fabricantes deben pulir el material en bruto, garantizar un grosor uniforme en todo el diámetro de 7,9 pulgadas y mantener densidades de defectos extremadamente bajas. El dopaje del diamante con impurezas para controlar su conductividad eléctrica sigue siendo una tarea compleja, lo que sitúa al diamante como un material térmico complementario y no como un sustituto directo del silicio.
Respaldada por su cartera de patentes propia, Diamond Foundry comunicó que el formato de 200 mm permite prever una futura oblea de 300 milímetros, aunque no ha compartido una fecha de lanzamiento ni datos de fabricación para ese diámetro. Con el objetivo de escalar la producción industrial, la firma prepara una planta de fabricación de 2.770 millones de dólares en España, con el respaldo de la Ley Europea de Chips (European Chips Act), con el propósito de suministrar sustratos de diamante continuo a fundiciones comerciales de semiconductores.
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