💎 Hace mucho que al diamante lo llaman el material semiconductor definitivo. Uno de sus problemas ha sido lograr que corte la corriente con seguridad. El 18 de septiembre de 2026, la Universidad de Kanazawa y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST) de Japón anunciaron que habían hecho funcionar, por primera vez, un transistor vertical de diamante que se apaga con el mismo mecanismo que uno de silicio.

Lo primero es poder apagarse

En el motor de un vehículo eléctrico o en la red eléctrica, los semiconductores de potencia (chips pensados para manejar grandes cantidades de electricidad) funcionan como interruptores que dejan pasar o cortan la corriente. El más habitual es el MOSFET, un transistor cuya corriente se controla con el voltaje aplicado a la puerta.

En este trabajo hay una propiedad imprescindible: ser «normalmente apagado» (normally-off). Si la puerta no recibe voltaje, no circula corriente. Lo contrario, un dispositivo «normalmente encendido», conduce salvo que alguien lo mantenga cerrado.

El normalmente apagado se parece a un grifo que se cierra al soltar la manija. El normalmente encendido, a uno que se abre del todo. Si falla el circuito de control o se va la luz, el primero corta el paso por sí mismo y el segundo sigue dejando pasar la corriente. Por eso los equipos que manejan mucha potencia exigen el primero.

Las propiedades físicas del diamante encajan con este uso. Su banda prohibida, una medida aproximada de lo bien que resiste las fugas de corriente, ronda los 5,5 eV, frente a 3,2 a 3,4 eV del carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), y 1,1 a 1,2 eV del silicio. Según un anuncio de 2016, conduce el calor 14 veces mejor que el silicio. Aguanta tensiones altas y disipa bien el calor, lo que en teoría permite hacer el mismo trabajo con un chip más pequeño.

Había más de una forma de apagar el diamante

El tipo más estudiado en el mundo usa una superficie de diamante recubierta de hidrógeno, lo que se conoce como terminación de hidrógeno. En esa superficie aparece de forma natural un camino conductor, y ese camino es la razón por la que estos dispositivos son, en esencia, normalmente encendidos.

Ya existían al menos otras dos rutas. Una es la de Power Diamond Systems (PDS), empresa creada a partir de investigaciones de la Universidad de Waseda, que recubre la superficie con óxido de silicio (terminación C-Si-O). En diciembre de 2023, la empresa anunció que, en una investigación conjunta con Waseda, había logrado con este método dispositivos laterales y verticales normalmente apagados.

La otra es el «canal de inversión» que utiliza este grupo. El camino conductor, la capa de inversión, solo aparece en la superficie cuando se aplica voltaje a la puerta. Es el mismo principio que en un MOSFET de silicio: sin voltaje, el camino no existe, así que el estado por defecto es apagado. En 2016, junto con el fabricante de autopartes Denso, el grupo hizo funcionar el primer dispositivo lateral de este tipo y lo publicó en Scientific Reports.

El nuevo «primero del mundo» parte de ahí. Según el equipo, se trata de la primera demostración de un MOSFET vertical de diamante con canal de inversión.

Un interruptor en las paredes de un hoyo

En el diamante, la capa de inversión solo se forma en las caras {111} del cristal, una orientación concreta de la red. Un dispositivo vertical de zanja coloca su interruptor en las paredes de un hueco tallado, así que esas paredes tienen que ser caras {111} limpias. Los métodos de grabado convencionales no lo conseguían, y por eso ningún dispositivo vertical con canal de inversión había funcionado hasta ahora.

El grupo disuelve el carbono del diamante en níquel dentro de vapor de agua a alta temperatura, sin químicos ni plasma. La reacción se vuelve lentísima en las caras {111}, de modo que el resto se consume antes y esas caras quedan en pie como paredes. Sobre una superficie plana (100) aparecen hoyos en forma de pirámide invertida con paredes {111}.

Un dispositivo que usa esas paredes como canal mostró un comportamiento de transistor claro a temperatura ambiente y a 300 °C, y se mantuvo normalmente apagado. El artículo se publicó en línea el 4 de septiembre de 2026 en la revista Diamond and Related Materials. Los primeros autores son Yuto Nakamura, doctorando de la Universidad de Kanazawa, y Masatsugu Nagai, investigador del AIST. El grupo lo dirige Norio Tokuda, profesor del Centro de Investigación del Diamante de la Universidad de Kanazawa.

Por qué los chips de potencia se hacen verticales

Un dispositivo lateral, que hace circular la corriente de lado a lado del chip, es sencillo de fabricar. Pero si se diseña para soportar tensiones altas, su resistencia por unidad de superficie se dispara. Por eso encaja mal en los dispositivos de potencia.

Los verticales hacen pasar la corriente a través del espesor del chip, y hay dos variantes. Los planos ponen el interruptor en una superficie lisa. Los de zanja lo ponen en las paredes de los hoyos. La zanja concentra más canal en la misma superficie y evita una pérdida propia del diseño plano, llamada resistencia JFET. El comunicado describe la zanja como la estructura de menores pérdidas. Este grupo pasó del tipo lateral al de zanja sin pasar por el plano.

En el SiC, ROHM empezó a fabricar en serie MOSFET de SiC en diciembre de 2010 y MOSFET de SiC de zanja en junio de 2015, y presentó ambos como primicias mundiales. Incluso para una empresa que ya producía MOSFET de SiC en serie, llegar a la producción de zanja llevó cinco años.

Lo que viene después de la oblea

En kantenna ya contamos el esfuerzo por agrandar las obleas de diamante. En junio de 2026, Orbray, con sede en Tokio, y Element Six, del grupo De Beers, establecieron la tecnología de producción de cristal de diamante de 3 pulgadas. Sus obleas de 2 pulgadas están en la fase final de preparación para la producción en serie, y han empezado a desarrollar cristales de 4 pulgadas compatibles con las líneas de semiconductores existentes. Pero una oblea más grande no es un producto si encima no hay un dispositivo que se apague con seguridad.

El comunicado no da cifras de tensión de ruptura, corriente ni resistencia en conducción. El propio equipo señala como siguiente paso optimizar la estructura para reducir pérdidas. Los vehículos eléctricos y las redes aparecen solo como una esperanza a futuro. Parte del trabajo recibió fondos de la NEDO (Organización para el Desarrollo de Nuevas Energías y Tecnología Industrial de Japón), la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón (JST).

En Francia, Diamfab, empresa surgida en 2019 del CNRS en Grenoble, trabaja con Schneider Electric y otros socios en DIAMSHIELD, un proyecto iniciado en 2025 para desarrollar transistores de diamante para redes inteligentes. Nadie sabe todavía cuál de los caminos, la terminación de hidrógeno, la de óxido de silicio o la capa de inversión, llegará antes a un producto.

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Referencias