芯耀
与非AI
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近日，日本株式会社Power Diamond Systems（以下简称PDS）宣布，已用金刚石MOSFET在6.78MHz频率下成功驱动E类放大器电路，完成电力转换演示，并搭建了无线电力传输（WPT）演示系统。据PDS介绍，这一工作频率较此前公开报道的金刚石功率转换器件提高了10倍以上，是全球首个用金刚石半导体实现的电源转换电路。目标场景直指无人机无线供电与"物理AI"。
PDS总部位于东京，由藤嶌辰也担任代表取缔役CEO，是一家专注于金刚石功率器件与高频器件研发的初创公司。
01为什么是6.78MHz：兆赫兹频段不是禁区
6.78MHz是无线充电联盟AirFuel Alliance在谐振式无线电能传输中常用的工业科学医疗（ISM）频段，也是GaN等第三代半导体已广泛验证的高频开关频点。PDS选择这一频点，意在直接对标成熟WPT应用场景，而非停留在实验室指标。
从器件工程角度看，此前行业一直存在一个疑问：金刚石MOSFET的寄生参数与界面陷阱，是否严重到使其无法在兆赫兹频段工作？PDS此次6.78MHz的结果，正是对这一怀疑的实验性回答——金刚石MOSFET的寄生参数与界面陷阱，尚未严重到让其在兆赫兹频段完全无法工作。
其意义不止于频率数字本身，更在于用电路实验说明：金刚石功率器件正在从"材料与单管指标"走向"电路可用性"的工程验证阶段。
02技术路线：表面借电，界面为王
金刚石MOSFET的制造难点首先在掺杂。金刚石晶格极硬，替位掺杂原子的激活能很高，室温下掺入的硼、磷大多不贡献载流子——p型掺杂勉强可用，n型则长期空白。直到2024年1月，日本国立材料科学研究所（NIMS）才在磷掺杂(111)金刚石同质外延层上做出全球首个n沟道金刚石MOSFET，为金刚石CMOS集成电路与极端环境电力电子迈出关键一步。
由于体掺杂长期受限，主流路线选择绕开体掺杂，改在表面"借"电。氢终端使金刚石表面电子亲和势为负，表面几纳米处会自然聚集一层空穴，即二维空穴气（2DHG），形成导电沟道；但氢终端怕热、易氧化，会转变为电子陷阱。PDS改用氧化硅终端（C–Si–O），并于2023年在IEDM上做出常关型器件，守住了功率电路的安全底线。
因此，金刚石MOSFET本质上是"在金刚石表面借一层空穴来导电"的开关，其瓶颈不在体材料，而在金刚石与外界接触的界面层。对高频应用而言，界面陷阱会拖慢开关速度、增加损耗，寄生参数则会限制高频增益与效率——这正是6.78MHz需要回答的问题。
03PDS的连续推进路径
从PDS公开的器件进展看，此次6.78MHz并非孤立节点，而是一条连续推进的工程化路径：
| 时间 | 发表/出处 | 关键指标 |
|---|---|---|
| 2023年IEDM | PDS首次报道 | 氧化硅终端（C–Si–O）常关型金刚石MOSFET |
| 2026年3月 | 《Applied Physics Express》 | 多指场板结构，单颗器件同时实现550V击穿电压与0.82A漏极电流；同一器件完成200V/1A开关，上升沿56ns、下降沿15ns |
| 2026年3月18日 | PDS官方PR TIMES | 全球首次金刚石MOSFET DC/DC降压变换器实证 |
| 2026年APEC | IEEE APEC 2026（D04.3） | 报告人河合飒（Sora Kawai），2DHG金刚石器件与硅MOSFET级联实现常关；48V输入、200–400kHz连续运行、效率超过90% |
| 2026年10月 | PDS最新发布 | 金刚石MOSFET驱动E类放大器，6.78MHz频率下完成电力转换与WPT演示 |
04日本金刚石半导体产业链全景
从全球技术格局看，日本在金刚石半导体领域已形成相对完整的研究与产业探索体系，覆盖材料、晶圆、器件、电路验证与量产装备多个环节。
| 环节 | 主要机构与进展 |
|---|---|
| 材料与晶圆 | Orbray：2021年9月与佐贺大学合作做出超高纯2英寸单晶金刚石（氮含量≤3ppb，面向量子计算）；2026年6月16日与Element Six联合宣布，已建立3英寸晶圆级单晶金刚石（WSC™）可重复工艺，4英寸衬底开发中，2英寸晶圆进入量产准备最终阶段。
住友电工：CVD金刚石材料老牌厂商。 |
| 器件研发 | Orbray（2023年5月与丰田集团旗下Mirise Technologies签署合作，共同开发车载金刚石功率器件）、佐贺大学、AIST（产综研）、NIMS、三菱电机、金泽大学。 |
| 电路与高频验证 | 2025年12月8日，佐贺大学联合JAXA、吴高专宣布，用电子束光刻制作T型亚微米栅结构金刚石半导体，实现120GHz微波/毫米波功率放大（功率增益截止频率达120GHz），面向Beyond 5G/6G基站与卫星发射器件。 |
| 量产与装备 | 大熊金刚石器件（OOKUMA DIAMOND DEVICE, ODD）：世界首座金刚石半导体量产工厂位于福岛县大熊町，2025年3月27日奠基、2026年5月29日竣工，计划2028财年建立全面量产体系，年产能达数十万颗器件规模。
JTEC：大尺寸单晶衬底等离子体抛光装备。 |
05欧美与中国格局
欧美优势主要集中在材料与大尺寸晶圆。美国Diamond Foundry用异质外延在铱衬底上做出100mm单晶金刚石晶圆，并在西班牙建设量产工厂；Element Six是De Beers旗下老牌CVD金刚石龙头，多晶金刚石可做到140mm；法国Diamfab专攻外延与掺杂；此外还有美国Akhan、Great Lakes Crystal等。
相比日本已形成较完整的技术链条，我国金刚石半导体仍处于由材料优势向器件技术延伸的阶段，器件研发以科研机构为主导：
中电科十三所冯志红、蔚翠团队做出常关型金刚石MOSFET，采用SiO₂/Al₂O₃复合栅介质，1GHz下输出功率密度2.2W/mm；
中国科学技术大学将金刚石推至集成电路层面，做出GaN/金刚石CMOS功率电路，p-FET电流密度达1900A/cm²、功率密度10.34MW/cm²；
西安交通大学王宏兴团队系统研究硼掺杂单晶金刚石环栅MOSFET，室温下0.30mA/mm、200℃提升至7.95mA/mm；
郑州大学单崇新团队厘清H-terminated diamond MOSFET的陷阱行为；
西安电子科技大学、哈尔滨工业大学、中科院金属所等亦有新结构探索。
结语
整体来看，金刚石功率半导体仍处在从材料突破向器件工程化过渡的关键阶段。过去十多年，相关研究主要集中在晶体生长、掺杂控制与基础器件结构验证；随着耐压、电流能力与开关性能逐步得到验证，金刚石MOSFET等功率器件正开始进入更接近实际应用条件的实验阶段。
与此同时，晶圆尺寸、缺陷密度、器件制造工艺与成本控制仍是制约其进一步发展的关键因素。随着晶圆制备技术、加工装备与器件结构持续演进，金刚石半导体正从实验室走向工程验证，其未来取决于材料制造能力与器件工艺体系能否实现同步突破。PDS此次6.78MHz的跑通，正是这条工程化路径上的一个标志性节点。
参考来源：PDS官方PR TIMES（2026-03-18）、APEC 2026议程、NIMS官方新闻稿（2024-01-25）、Orbray官方杂志（2026-06-16）、佐贺大学广报室（2025-12-08）、OOKUMA DIAMOND DEVICE官网、与非网/电子工程专辑（2026-10-20/21）。
