💎 El nombre más famoso del mundo del diamante acaba de aliarse con una pequeña fábrica del noreste de Tokio, y juntos han creado una de las mayores obleas de diamante monocristalino jamás fabricadas: tres pulgadas de diámetro. No es una historia de joyería. El diamante es lo que muchos ingenieros llaman el semiconductor definitivo, y quien logre cultivarlo lo bastante grande como para fabricarlo en serie ayudará a decidir qué viene después del carburo de silicio.

De las joyas de reloj a las obleas para chips

Orbray no es un nombre conocido, ni siquiera en Japón. La empresa nació en 1939 como Namiki Manufacturing, fabricando los diminutos cojinetes de zafiro que hacían funcionar los medidores eléctricos. Con los años pasó a las agujas de tocadiscos, las joyas para relojes, las cabezas magnéticas y los pequeños motores de vibración que llevaban los buscapersonas y los primeros teléfonos móviles, un mercado que llegó a dominar casi por completo. El hilo conductor nunca fue un producto concreto, sino una habilidad: cortar, rectificar y pulir los materiales más duros de la Tierra con precisión nanométrica.

Esa habilidad explica cómo un fabricante de cojinetes de joya acabó en la frontera de la industria de semiconductores. Con sede en el distrito tokiota de Adachi y dirigida por su presidenta, Riyako Namiki, Orbray cultiva y da forma hoy a zafiro, rubí y diamante para sectores que van desde la fibra óptica hasta los instrumentos médicos. Y el diamante resulta ser justo el material que los ingenieros de electrónica de potencia llevan años persiguiendo.

La razón está en la física. El diamante tiene la banda prohibida más ancha de cualquier semiconductor práctico, unos 5,5 electronvoltios, frente a los 3,3 del carburo de silicio (SiC) y los 3,4 del nitruro de galio (GaN). Además conduce el calor mejor que cualquier otro material masivo conocido, por encima de 2.000 vatios por metro-kelvin, alrededor de cinco veces más que el SiC y entre diez y veinte veces más que el GaN. En términos sencillos: chips que pueden trabajar más calientes, conmutar más rápido y manejar voltajes mucho más altos en menos espacio. El problema fue siempre el mismo: nadie conseguía fabricar diamante grande.

Por qué no se puede cultivar sin más un diamante mayor

La forma más limpia de hacer crecer un cristal único de diamante es sobre otro diamante, un método llamado homoepitaxia. Pero hay que partir de algo, y no existen en la naturaleza diamantes grandes y de alta calidad que sirvan de semilla. Peor aún, la técnica no puede producir un cristal más ancho que la semilla que tiene debajo. Así que el tamaño del diamante de partida marca el límite de todo lo que se fabrica.

La vía alternativa es cultivar el diamante sobre otro material más grande, como el zafiro. Esto es la heteroepitaxia, y en teoría una oblea grande de zafiro debería dar un diamante igual de grande. En la práctica, los dos materiales chocan. A medida que se forma la capa de diamante, el desajuste con el zafiro de abajo acumula una enorme tensión interna y el cristal se agrieta. Durante años, rescatar algo de superficie aprovechable obligaba a fabricar frágiles estructuras de microagujas para aliviar esa tensión, un paso difícil de producir y caro. Cuanto mayor era el objetivo, peor la fractura. Ese único problema, la tensión, mantuvo el diamante monocristalino de calidad para dispositivos atrapado en tamaños de pocos milímetros mientras el silicio avanzaba hasta los 300.

Una inclinación en el zafiro

La salida de Orbray vino de la parte de su negocio que menos parecía estratégica: el zafiro. Es una de las pocas empresas capaces de cultivar cristales de zafiro muy grandes, y aprendió a controlar su orientación con gran precisión. Al hacer crecer el diamante sobre una superficie de zafiro cortada con una inclinación deliberada, desarrolló lo que llama crecimiento por flujo de escalones, en el que el cristal se extiende lateralmente de forma ordenada, como una escalera. Ahora la tensión viaja de lado a lo largo de la capa en vez de acumularse hasta el punto de ruptura, y las microagujas dejaron de ser necesarias.

Ese enfoque produjo en septiembre de 2021 un diamante heteroepitaxial de dos pulgadas, un tamaño que el sector consideraba un hito. Pero pasar de un buen cristal de dos pulgadas a un proceso reproducible y fabricable en diámetros mayores es un reto distinto: ya no se trata de una pieza afortunada, sino de rendimiento, uniformidad y volumen. Para eso Orbray necesitaba un socio con músculo financiero y profundo conocimiento del diamante. En junio de 2024 lo encontró en un lugar inesperado.

El gigante del diamante y el taller de Tokio

Element Six es la división de diamante sintético de De Beers, la compañía que casi todo el mundo asocia con los anillos de compromiso. De Beers está en el negocio del diamante industrial desde la década de 1940, y Element Six, con sede en Oxford, lleva décadas convirtiendo el diamante de laboratorio en algo más que gemas. Sus diamantes estuvieron dentro de los detectores del CERN que ayudaron a confirmar el bosón de Higgs. La agencia de investigación de defensa de Estados Unidos, DARPA, eligió a la firma para desarrollar sustratos de diamante de gran tamaño y calidad de dispositivo destinados a la electrónica militar. Que una empresa así busque socio para escalar el diamante monocristalino dice mucho sobre hacia dónde va esta tecnología.

Sobre el papel, la combinación encajaba. Orbray aportaba el método de crecimiento basado en zafiro; Element Six, sus sistemas de deposición de gran área, su experiencia en diamante de alta pureza y una planta de deposición química en fase vapor (CVD) en Gresham, Oregón. El 16 de junio de 2026, ambas anunciaron su primer resultado conjunto: un proceso reproducible para obleas de diamante monocristalino de tres pulgadas, 76,2 milímetros de diámetro. Dejemos por un momento la cifra del titular, porque la palabra que importa es reproducible. Un cristal aislado es una demostración de laboratorio. Un proceso repetible es el comienzo de una cadena de suministro.

La hoja de ruta es concreta. Las obleas de dos pulgadas para gestión térmica entrarán en producción en serie en la planta de Oregón a partir de julio de 2027, con un segundo producto de dos pulgadas, optimizado para fabricar dispositivos, justo después. La producción en volumen de las de tres pulgadas se fija para 2028 en adelante. Y el desarrollo de obleas de cuatro pulgadas, el tamaño que encaja directamente en las líneas de fabricación de semiconductores que ya existen, ya ha empezado, con la mira puesta en la producción masiva desde 2030.

Lo que decide una oblea en blanco

Conviene ser honesto con los plazos. No se espera que los dispositivos de potencia de diamante se vendan en volumen hasta finales de esta década, como muy pronto. El diamante es durísimo de procesar precisamente porque es el material más duro que existe, controlar su comportamiento eléctrico sigue siendo difícil, y hasta una oblea de cuatro pulgadas resulta pequeña frente a los 300 milímetros del silicio y los 200 del carburo de silicio. Ningún anuncio borra eso de un plumazo.

Pero el verdadero cuello de botella de la electrónica de diamante nunca fueron los dispositivos. Era el sustrato, la oblea en blanco sobre la que se construye todo lo demás. Sin un suministro estable de diamante monocristalino grande y uniforme, ninguna de las aplicaciones prometidas (redes 6G, electrónica de alta potencia y radiofrecuencia, sensores, disipadores de calor, hardware cuántico) puede salir del laboratorio. Esa es justo la pieza que Orbray y Element Six intentan ahora industrializar, y por eso el truco del zafiro de un taller de Tokio le importa de repente a un conglomerado minero británico y a los planificadores de defensa estadounidenses. Que la producción en volumen de dos pulgadas vaya a realizarse en suelo estadounidense, en Oregón, junto a la tecnología de crecimiento japonesa, recuerda que la próxima era de los materiales se está ensamblando entre fronteras, no dentro de una sola.

Japón ha tenido durante años una mano sorprendentemente fuerte en los sustratos de diamante, desde las obleas de Orbray hasta los laboratorios universitarios y las startups que construyen los dispositivos que van encima. (En kantenna hemos cubierto el lado de los dispositivos, incluida una demostración mundial de conmutación con un MOSFET de diamante, así como el sustrato (111) de Orbray pensado para sensores cuánticos.) El taller que un día fabricó el motor que zumbaba en tu viejo buscapersonas ayuda hoy a decidir qué alimentará los centros de datos y las estaciones base 6G de la década de 2030.

En tu país, ¿se habla del diamante como un futuro material para chips, o sigue siendo sobre todo algo que va en un anillo?

Referencias