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ELETTRONICA OGGI 533 - aprile 2026 49 TECNOLOGIA Il GaN ha portato vantaggi nella commutazione ad alta frequenza grazie alla sua elevata mobilità degli elettroni e alla bassa capacità. Nel frattempo, il SiC ha trovato la sua collocazione nelle gamme di tensione medio-alta, sostituendo gli Igbt e i Mosfet al silicio in appli- cazioni come i veicoli elettrici e gli azionamenti industriali. Tuttavia, sia il SiC che il GaN hanno i loro limiti e alcune applicazioni che operano ad alte temperature e in ambienti difficili possono richiedere livelli di prestazioni e robustezza più elevati, ed è qui che le proprietà del diamante appaiono non solo superiori, ma trasformative. Vantaggi del diamante Per comprendere il potenziale del diamante, dobbiamo partire dalla scienza dei materiali. Nella tecnologia dei semiconduttori, le presta- zioni dei materiali per applicazioni ad alta potenza, alta frequenza o alta temperatura sono determinate da proprietà fisiche fondamen- tali. Presentando le proprietà fondamentali del silicio, del carburo di silicio, del nitruro di gallio e del diamante, abbiamo selezionato quat- tro parametri chiave, rendendo facile il confronto delle prestazioni e dei vantaggi dei diversi materiali. Band gap: il band gap, che indica la capacità di un materiale di con- durre elettricità, è un criterio fondamentale per determinare la sua idoneità ad ambienti caratterizzati da temperature elevate o energie elevate; un band gap più ampio indica una resistenza superiore alla dispersione di corrente e alla rottura, fondamentale per applicazioni in condizioni estreme. In questo caso, il diamante supera di gran lun- ga tutti gli altri materiali. Il suo ampio band gap di 5,5 eV consente ai dispositivi di funzionare a tensioni e temperature più elevate. Campo di rottura: il campo di rottura è una misura della resistenza di un materiale allo stress elettrico prima che si verifichi la conduttivi- tà. È fondamentale notare che valori più elevati del campo di rottura sono essenziali per i dispositivi che funzionano a tensioni elevate, in particolare nel campo dell’elettronica di potenza. Ciò è dovuto al fatto che garantire prestazioni ottimali sotto carichi elettrici estremi è della massima importanza. Il campo elettrico critico teorico del dia- mante è di circa 10 MV/cm, tre volte superiore a quello del GaN o del SiC e oltre 30 volte superiore a quello del silicio. Ciò consente di realizzare dispositivi più sottili a parità di tensione nominale, riducen- do la resistenza e migliorando l’efficienza. Inoltre, apre la strada a di- spositivi classificati per 10 kV, 20 kV o persino 50 kV, rivoluzionando potenzialmente la trasmissione in corrente continua ad alta tensione (Hvdc), le ferrovie elettriche e i sistemi energetici collegati alla rete. Mobilità degli elettroni: la mobilità degli elettroni è definita come la velocità di movimento degli elettroni in un campo elettrico. È una componente fondamentale della commutazione elettronica e della DOVE POTREBBE PORTARCI IL DIAMANTE Immaginate inverter per veicoli elettrici con un’efficienza del 99,9%, che commutano a 1 MHz e non richiedono ingombranti sistemi di raffreddamento. Immaginate moduli di alimentazione spaziali ultracompatti in grado di resistere a temperature estreme e alle radiazioni sulla Luna o su Marte. Oppure immaginate reti intelligenti che funzionano a 100 kV con sensori integrati alimentati da circuiti integrati in diamante. Queste visioni possono sembrare futuristiche, ma lo erano anche il SiC/GaN 25 anni fa. Se lo sviluppo continuerà, i semiconduttori a base di diamante potranno diventare la piattaforma preferita per applicazioni ad altissima potenza e alta affidabilità entro i prossimi due decenni. I governi e gli attori del settore privato stanno investendo sempre più nella ricerca e sviluppo sul diamante, considerandolo una tecnologia strategica con implicazioni sia energetiche che di difesa. Nel mondo dei semiconduttori, il materiale definisce i limiti e il diamante ridefinisce tali limiti. Anche se la commercializzazione potrebbe richiedere ancora anni, le prestazioni promesse dal diamante sono troppo significative per essere ignorate. Poiché l’elettronica di potenza continua a richiedere maggiore efficienza, tensioni più elevate e fattori di forma più piccoli, l’industria deve tenere d’occhio questo materiale prezioso. Proprio come siamo passati dal silicio al SiC a banda larga e al GaN per consentire progressi rivoluzionari nella mobilità elettrica e nelle energie rinnovabili, la prossima frontiera potrebbe essere conquistata dalla forma più dura del carbonio, aprendo la strada alla piattaforma definitiva per i semiconduttori di potenza. E proprio come abbiamo fatto con le precedenti ondate di innovazione, chi opera in questo settore deve prepararsi, non solo tecnicamente, ma anche con immaginazione e curiosità. propagazione del segnale, che avviene rapidamente. Il migliora- mento della mobilità degli elettroni in questi dispositivi porta a un miglioramento delle prestazioni dei circuiti digitali e dei dispositivi analogici ad alta frequenza. Sebbene il GaN e il diamante abbiano mobilità degli elettroni simili, i dispositivi in diamante possono benefi- ciare di velocità di saturazione più elevate, consentendo una commu- tazione estremamente veloce con bassa resistenza e perdite ridotte. Ciò potrebbe spingere le frequenze di commutazione a nuovi livelli, miniaturizzando ulteriormente i componenti magnetici come trasfor- matori e induttori. Valutazione della conducibilità termica: la condu- cibilità termica è una proprietà dei materiali che quantifica la loro capacità di trasferire il calore. Nel campo dell’elettronica, un’elevata conducibilità termica è fonda-