金剛石半導(dǎo)體被稱為“*半導(dǎo)體”,與現(xiàn)在主流的硅半導(dǎo)體相比,可在5倍的高溫和33倍的高電壓下工作。北海道的初創(chuàng)企業(yè)*早計(jì)劃2026年度末在福島啟動(dòng)試產(chǎn),并配備于福島核電站用于廢堆的機(jī)器。金剛石半導(dǎo)體從穩(wěn)定材料供應(yīng)鏈的角度來看也值得關(guān)注……
日本北海道的初創(chuàng)企業(yè)OOKUMA DIAMOND DEVICE(札幌市,以下簡稱:OOKUMA)為了將被稱為“*半導(dǎo)體”的金剛石(Diamond)半導(dǎo)體推向?qū)嵱没?早計(jì)劃2026年度末在福島縣大熊町讓工廠投產(chǎn)。總投資大約50億日元。計(jì)劃達(dá)到能年產(chǎn)幾萬個(gè)半導(dǎo)體器件的規(guī)模。該公司將與東京電力控股(HD)的子公司合作,在福島*核電站用于廢堆的機(jī)器上配備金剛石半導(dǎo)體。
OOKUMA將向東電控股與日本重工企業(yè)IHI于2022年成立的企業(yè)Decom.Tech(福島縣大熊町)供應(yīng)半導(dǎo)體基板上使用人工鉆石的金剛石半導(dǎo)體器件。為了對福島*核電站實(shí)施廢堆,需要取出堆芯熔毀后留下的熔融燃料。Decom.Tech則承擔(dān)取出熔融燃料的設(shè)備的基本設(shè)計(jì)和研發(fā)工作。
OOKUMA將在力爭2026年度投產(chǎn)的工廠開始試驗(yàn)性生產(chǎn)。配備金剛石半導(dǎo)體的機(jī)器設(shè)想用來測定反應(yīng)堆內(nèi)的中子。除了用于廢堆外,這也是萬一發(fā)生事故時(shí)所需要的機(jī)器。據(jù)稱,該公司通過研究使用金剛石半導(dǎo)體的零部件發(fā)現(xiàn),即使在*高溫度攝氏450度下也能夠工作,在放射線濃度高的環(huán)境下也正常發(fā)揮作用。
日本佐賀大學(xué)的研究表明,與現(xiàn)在主流的硅半導(dǎo)體相比,金剛石半導(dǎo)體可在5倍的高溫和33倍的高電壓下工作。性能也比新一代功率半導(dǎo)體的碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)出色。還有望用于設(shè)想處于更高電壓環(huán)境下的純電動(dòng)汽車(EV)、高速通信及衛(wèi)星通信。
OOKUMA的半導(dǎo)體不需要原來不可缺少的冷卻裝置,有望實(shí)現(xiàn)小型化。另外,為了保護(hù)免機(jī)器免受高放射線濃度的影響,原本需要用鉛包裹機(jī)器,但配備金剛石半導(dǎo)體后將不再需要,這樣可以減輕機(jī)器重量,提高廢堆工作的效率。
預(yù)計(jì)到工廠投產(chǎn)為止的總投資大約為50億日元。OOKUMA將利用日本政府的“支持自立和返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)企業(yè)選址補(bǔ)貼”等。還計(jì)劃從創(chuàng)業(yè)投資處籌集1億4000萬日元。研究開發(fā)方面,也被采用為面向?qū)崿F(xiàn)福島縣復(fù)興的技術(shù)開發(fā)等、上限7億日元的補(bǔ)助項(xiàng)目。另外,還將從日本內(nèi)閣府每年領(lǐng)取1億~3億日元資金,*長領(lǐng)取3年。
OOKUMA代表星川尚久表示:“一直根據(jù)廢堆的目標(biāo)倒推,按照深入市場(market in)的設(shè)想,推進(jìn)研究開發(fā)”。雖然有很多大學(xué)等在開展相關(guān)研究,但實(shí)現(xiàn)社會(huì)應(yīng)用的案例還很少。圍繞金剛石半導(dǎo)體,豐田和電裝出資的企業(yè)、精密部件廠商Orbray(東京足立)、源自早稻田大學(xué)的初創(chuàng)企業(yè)、九州工業(yè)大學(xué)及佐賀大學(xué)也在推進(jìn)研究。
OOKUMA于2022年成立,是源自北海道大學(xué)和日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的初創(chuàng)企業(yè)。該公司代表星川還在北海道大學(xué)擔(dān)任學(xué)術(shù)研究員。北海道大學(xué)準(zhǔn)教授金子純一擔(dān)任公司董事,負(fù)責(zé)技術(shù)方面的工作。金子純一還擔(dān)任日本原子能研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的廢堆國際共同研究中心客座研究員。
關(guān)于該公司金剛石半導(dǎo)體的研究開發(fā),從穩(wěn)定材料供應(yīng)鏈的角度來看也值得關(guān)注。
作為新一代功率半導(dǎo)體的材料之一的鎵2022年的世界產(chǎn)量為550噸,中國在其中占98%(美國地質(zhì)調(diào)查局)。2023年8月,中國對鎵相關(guān)產(chǎn)品的出口實(shí)施管制。雖然日本也從本國采購,但據(jù)日本能源與金屬礦物資源機(jī)構(gòu)(JOGMEC)統(tǒng)計(jì),進(jìn)口的鎵7成來自中國,依賴風(fēng)險(xiǎn)較高。
另一方面,金剛石半導(dǎo)體使用的人工鉆石則是由甲烷氣體生成,OOKUMA現(xiàn)在也采用這種方法。據(jù)稱,將來還可以利用由二氧化碳和氫氣合成的甲烷來制造。
OOKUMA計(jì)劃以核電站廢堆為契機(jī)量產(chǎn)金剛石半導(dǎo)體。為力爭應(yīng)用于衛(wèi)星通信,該公司還與三菱電機(jī)等啟動(dòng)了聯(lián)合研究。年內(nèi)還將與日本國內(nèi)廠商推進(jìn)用于純電動(dòng)汽車(EV)器件的開發(fā)。
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