Diamond Foundry heeft naar eigen zeggen als eerste bedrijf een monokristallijne diamant met een diameter van 200 millimeter geproduceerd. Het materiaal kan op termijn worden ingezet om de warmteontwikkeling van AI-chips en andere krachtige halfgeleiders beter te beheersen.
Het Amerikaanse bedrijf maakte de ontwikkeling bekend tijdens CarbonSemi 2026 in het Chinese Ningbo. CEO Martin Roscheisen presenteerde de diamant via een videoverbinding. Volgens Diamond Foundry is het voor het eerst gelukt een monokristallijne diamant van deze omvang te produceren, zonder afzonderlijke kristallen samen te voegen.
Diamant heeft een uitzonderlijk hoge thermische geleidbaarheid, die ongeveer vijf keer zo groot is als die van koper. Daardoor kan het materiaal warmte snel verspreiden. Dat is vooral interessant voor krachtige AI-processors, waarbij steeds meer energie en warmte op een klein oppervlak worden geconcentreerd. De warmteontwikkeling vormt een belangrijke beperking bij het verder verhogen van de prestaties van dergelijke chips.
Tot nu toe werd de toepassing van diamant in halfgeleiders onder meer beperkt door de afmetingen waarin het materiaal geproduceerd kon worden. Zowel natuurlijke als synthetische monokristallijne diamanten waren doorgaans aanzienlijk kleiner dan de wafers die in de chipindustrie worden gebruikt.
Opschaling naar industriële productie
De nieuwe diamant heeft een diameter van 200 millimeter, vergelijkbaar met de wafers die in bestaande halfgeleiderfabrieken worden verwerkt. Volgens Diamond Foundry vergde de productie onder meer aanpassingen aan de kristalgroei, plasmatechnologie en reactorarchitectuur.
Het bedrijf benadrukt dat het niet gaat om een wafer die uit meerdere diamantkristallen is samengesteld. De volledige structuur bestaat uit één kristal. Dat is relevant omdat kristalgrenzen de eigenschappen van het materiaal kunnen beïnvloeden.
De ontwikkeling bouwt voort op ongeveer 25 jaar onderzoek naar het produceren van grotere monokristallijne diamanten. Diamond Foundry noemt daarbij onderzoekers Stefan Gsell en Martin Fischer, die al lange tijd aan de opschaling werken.
Diamond Foundry is niet het enige bedrijf dat diamant wil inzetten voor de koeling van halfgeleiders. Zo ontving Akash Systems in 2024 Amerikaanse overheidssteun voor technologie die galliumnitride combineert met synthetische diamant. Ook De Beers en Frore Systems ontwikkelen koeloplossingen waarin diamant wordt toegepast, meldt Tom’s Hardware.
De hoge thermische geleidbaarheid maakt diamant geschikt om lokale hotspots in processors te verminderen. Daarbij is van belang dat diamant elektrisch isolerend is. Het materiaal kan daardoor dicht bij elektronische componenten worden toegepast zonder dat het elektrische geleiding veroorzaakt.
Nog geen commerciële toepassing
Hoewel de diameter overeenkomt met een gangbaar formaat in de halfgeleiderindustrie, betekent dit niet dat diamantwafers direct op grote schaal kunnen worden toegepast. Het eerste exemplaar is bovendien nog ongepolijst en wordt getoond zoals het uit het groeiproces komt.
Voor commerciële toepassing moeten onder meer de reproduceerbaarheid, materiaalkwaliteit, verwerkbaarheid en productiekosten worden beoordeeld. Diamond Foundry heeft bij de aankondiging geen concrete gegevens verstrekt over productievolumes of de kosten per wafer.
Het bedrijf ziet de ontwikkeling als een tussenstap naar diamanten met een diameter van 300 millimeter. Dat formaat wordt veel gebruikt in moderne chipfabrieken. Volgens Tom’s Hardware verwacht Diamond Foundry deze omvang voor 2030 te bereiken. Wanneer diamantwafers daadwerkelijk op industriële schaal beschikbaar komen, is nog niet duidelijk.