¿Y si el material más duro del mundo se convirtiera también en el semiconductor más avanzado? Una empresa de Tokio, conocida por procesar gemas durante décadas, acaba de producir una oblea de diamante (111) de 30 mm cuadrados, del tamaño de un sello postal pero diez veces más grande que cualquier cosa que la industria pudiera fabricar antes. Un salto pequeño en tamaño, pero gigantesco para los sensores cuánticos, los chips de potencia y la electrónica espacial.

El salto histórico de Orbray

El 15 de abril de 2026, Orbray Co., Ltd., empresa tokiota de 87 años de antigüedad, antes conocida como Adamant Namiki Precision Jewel, anunció que ha logrado fabricar un sustrato autoportante de diamante monocristalino (111) de 30 mm cuadrados, el más grande jamás producido en el mundo. El resultado fue publicado el 11 de marzo de 2026 en la revista científica internacional Applied Physics Express.

Para entender la magnitud del logro: hasta hace muy poco, los sustratos de diamante (111) disponibles para los investigadores medían apenas unos pocos milímetros, el ancho de un grano de arroz. Orbray alcanzó 20 mm cuadrados en marzo de 2025, y ha llevado esa frontera a 30 mm cuadrados en poco más de un año. Para un material famoso por resistirse a cualquier crecimiento significativo, se trata de un ritmo extraordinario.

Por qué importa la cara (111)

Como la mayoría de los cristales, el diamante puede cortarse a lo largo de distintos planos atómicos. Los dos más importantes para los semiconductores son la cara (100) y la cara (111). A simple vista son idénticas, pero se comportan de forma muy distinta a nivel atómico.

La cara (100) es la "caballo de batalla": crece con relativa facilidad y se ha usado durante años en herramientas de corte y en la investigación temprana de semiconductores de potencia.

La cara (111) es más difícil de producir, pero ofrece ventajas únicas:

  • Dopaje tipo n más fácil. Los semiconductores necesitan combinar regiones tipo n y tipo p para funcionar, igual que una batería necesita polos positivo y negativo. El diamante ha sido históricamente muy difícil de convertir a tipo n; la cara (111) vuelve ese paso crucial mucho más manejable.
  • Espines de centros NV alineados. La orientación (111) alinea de forma natural los ejes de espín de los centros NV (nitrógeno-vacante), defectos cuánticos microscópicos que funcionan como magnetómetros ultra-sensibles o memorias cuánticas. Para sensado cuántico, esta alineación no es un lujo: es imprescindible.

Dicho de otro modo: el diamante (111) es la llave que abre tanto la puerta de los chips de potencia de próxima generación como la de los dispositivos cuánticos prácticos. El único problema era que nadie podía fabricarlo en tamaños útiles. Hasta ahora.

El problema de las "maclas" y cómo Orbray lo resolvió

El obstáculo específico era un defecto cristalino llamado macla (twin). Una macla es una región donde la red atómica se invierte de pronto en una orientación especular. En la cara (111) del diamante, las maclas aparecen con tal facilidad que los sustratos grandes se convierten en mosaicos de dominios mal encajados, inservibles para dispositivos de alta precisión.

El equipo de Orbray cultivó diamante sobre un sustrato de zafiro recubierto con una fina capa de iridio, usando deposición química en fase vapor por plasma de microondas (MPCVD), una técnica en la que metano e hidrógeno se convierten en plasma y los átomos de carbono se depositan sobre el zafiro capa por capa.

La clave estuvo en una variable sorprendente: el ángulo de inclinación del zafiro base. Al usar sustratos de zafiro fuertemente desviados del plano estándar (0001), y específicamente inclinados en la dirección <11-20>, los átomos de diamante se ordenaron en patrones de "crecimiento por escalones" (step-flow), subiendo una escalera atómica en lugar de apilarse al azar. Esta geometría suprimió mecánicamente la formación de maclas en toda la superficie de 30 mm cuadrados. Las mediciones por difracción de rayos X confirmaron una estructura monocristalina en toda el área, sin maclas detectables.

La conexión con los sensores cuánticos

Fuera de la electrónica de potencia, la aplicación más emocionante puede ser el sensado cuántico.

Un centro NV es un átomo de nitrógeno emparejado con una vacante de carbono adyacente, dentro de la red del diamante. Es un defecto, pero un defecto útil: el electrón alojado en él responde con precisión asombrosa a campos magnéticos, campos eléctricos, temperatura y tensión. Los magnetómetros basados en centros NV ya pueden detectar el campo magnético de una sola neurona activa en un cerebro vivo, o mapear las diminutas firmas magnéticas de muestras geológicas.

El inconveniente es que se necesitan muchos centros NV, todos apuntando en la misma dirección, para obtener una buena señal. La cara (111) alinea los centros NV perpendicularmente a la superficie, convirtiendo toda la oblea en una "hoja de sensores cuánticos" que trabajan coordinadamente.

Qnami (Suiza), NVision Imaging (Alemania) y varias empresas japonesas compiten por comercializar dispositivos basados en centros NV para imagen biomédica, diagnóstico de baterías e interfaces cerebro-máquina. Una oblea (111) de 30 mm cuadrados hace que la economía de estos proyectos sea por primera vez viable.

Orbray: de las gemas a los materiales cuánticos

La historia de Orbray merece conocerse. Fundada en 1939 como fabricante de cojinetes de joyas para relojes mecánicos e instrumentos de medida, la empresa pasó décadas perfeccionando el arte de cortar, dar forma y pulir pequeñas gemas. Esa experiencia con rubí, zafiro y, más adelante, diamante sintético, es el cimiento de la tecnología de semiconductores que leemos hoy.

La compañía se rebautizó de Adamant Namiki Precision Jewel a Orbray en 2023. Con cerca de 2.300 empleados y aproximadamente 192 millones de dólares en ingresos consolidados en el último ejercicio (30,6 mil millones de yenes al tipo de cambio actual de unos 159 yenes por dólar), sigue siendo modesta para los estándares de la industria de semiconductores. Pero su cartera tecnológica es inusualmente profunda: diamante sintético de gran diámetro, zafiro de 12 pulgadas (primicia mundial anunciada en 2022), componentes de joyas de precisión, micro motores DC, piezas para dispositivos médicos y componentes de comunicación óptica.

En 2022 se convirtió en la primera empresa en producir en serie obleas de diamante ultra-puro de 2 pulgadas. En 2024 anunció una alianza con la británica Element Six (del grupo De Beers). Silenciosa pero decisiva, Orbray es una de las empresas más importantes de la cadena de suministro mundial de materiales para semiconductores de potencia y tecnologías cuánticas.

Por qué Japón lidera esta carrera

El desarrollo de semiconductores de diamante es una de las pocas áreas de alta tecnología donde Japón mantiene un liderazgo claro y duradero. Orbray suministra las obleas. Startups como Power Diamond Systems y Diamond Semiconductor (spin-off de la Universidad de Saga) construyen los dispositivos. Universidades y laboratorios nacionales, Waseda, Saga, Kanazawa, NIMS, AIST, aportan la investigación básica. La planta de Okuma Diamond Device en la prefectura de Fukushima será la primera instalación del mundo dedicada a la producción masiva de semiconductores de diamante.

Para más contexto sobre el lado de los dispositivos, consulte nuestras coberturas anteriores sobre la conmutación de 200V/1A con MOSFET de diamante y la demostración en convertidor DC-DC.

El camino por delante

Orbray señala como próximos pasos seguir ampliando el tamaño, mejorar la calidad cristalina y producir sustratos (111) dopados para la fabricación de dispositivos. Las aplicaciones reales llegarán por oleadas: primero sensores cuánticos de alta sensibilidad y electrónica para entornos extremos (satélites, instalaciones nucleares); luego dispositivos de potencia para vehículos eléctricos, energías renovables y centros de datos.

Los retos son considerables: el diamante sigue siendo caro de procesar por ser el material más duro de la Tierra, y los tamaños de oblea, aunque crecen, están aún lejos de los 300 mm del silicio o los 200 mm del carburo de silicio. Pero por primera vez, la barrera material que ha frenado la electrónica de diamante durante décadas empieza a ceder.

¿Y en tu país?

En Japón, el diamante está pasando silenciosamente de ser "joya" a convertirse en "cimiento industrial". Laboratorios, startups y empresas centenarias convergen hacia el mismo material extraño y brillante.

En tu país, ¿se habla del diamante como material semiconductor? ¿Existen programas de sensores cuánticos, investigación en dispositivos de potencia o grupos universitarios trabajando en este campo? ¿Qué papel crees que jugará el diamante en el futuro tecnológico de tu nación? Nos encantaría conocer tu perspectiva.

Referencias