数十年にわたり、シリコンは半導体産業の主力でした。Diamfab社は、次の時代はダイヤモンドの時代だと確信しています。CEOのGauthier Chicot氏にインタビューを行い、その理由と、この全く新しい材料プラットフォームをどのように産業化していくのかを伺いました。
フランス企業DIAMFABは、フランス国立科学研究センター（CNRS）傘下のInstitut Néelからスピンオフした企業です。同社の技術は、要求の厳しい電子機器用途の要求を満たす高品質合成ダイヤモンドの製造に関する30年にわたる研究に基づいています。
同社の合成ダイヤモンドは、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）といった従来の半導体材料の代替となり、特にパワーエレクトロニクス分野において、高出力電気エネルギーの変換、管理、分配に活用できます。
ダイヤモンドはもはや単なる実験材料ではなく、ますます産業用材料として利用されつつあります。日本のオオクマ・ダイヤモンド・デバイスは3,000万ユーロ以上の資金調達を達成し、老舗の米国企業ダイヤモンド・ファウンドリーも急速な事業拡大を進めています。今週、スペイン政府から7億5,300万ユーロの投資を受け、新たなマイクロチップ製造工場を建設すると発表したのです。スペイン紙エル・パイスが匿名の情報筋の話として火曜日に報じたところによると、スペインの国営技術投資機関SETTと米国企業ダイヤモンド・ファウンドリーは、スペイン西部エストレマドゥーラ州に新たなマイクロチップ製造工場を建設するため、23億5,000万ユーロ（27億1,000万ドル）を投資する計画です。
このプロジェクトは今週中にスペイン内閣の承認を得る見込みで、SETTは同国の半導体支援プログラムを通じて7億5,300万ユーロを拠出する予定です。
報道によると、アメリカ人俳優レオナルド・ディカプリオが支援するこのダイヤモンドファウンドリーは、2029年までに約16億ユーロを投資する計画だという。
同社は既にこの地域で合成ダイヤモンド工場を操業しており、新工場は先進チップに使用されるダイヤモンド基板の欧州初の大規模生産施設となる。
ダイヤモンドファウンドリーとSETTはいずれもコメント要請に直ちには応じなかった。
シンコ・ディアス氏によると、この投資により2,100人以上の雇用が創出され、そのうち約500人は工場内で直接雇用される見込みだという。
このプロジェクトは、エストレマドゥーラ州で地方選挙が実施される数週間前に開始された。この選挙は、地方自治体が予算を可決できなかったことを受けて実施された。
ディアムファブの台頭
ディアムファブにとって、この国際的な活動の拡大は脅威ではなく、むしろ確証である。
多くのディープテック材料イノベーションのスピンオフ企業と同様に、ディアムファブは学術界から生まれた。チコット氏は率直にこう語りました。「ダイヤモンドを選んだのは私ではなく、ダイヤモンドが私を選んだのです。私は半導体材料を研究し、当初は他の半導体を研究していましたが、博士課程でダイヤモンドを研究する機会に恵まれました。そこでダイヤモンドとそのあらゆる特性を発見したのです。」
電動化には新たなタイプの電気材料が必要
チコット氏は、電気自動車が代表例であるように、ますます多くのシステムが電動化されるにつれて、大量の電気エネルギーを効率的に処理する必要性が急速に高まっていると指摘します。現在、ほとんどの電力変換装置は依然としてシリコンで作られており、高出力で動作させると性能限界に達します。
チコット氏は、過去20～30年間、シリコンに代わる材料を探してきたと述べています。「私たちはすでにシリコンから炭化ケイ素（SiC）への移行を完了しており、すべてのテスラ モデル3にはSiCコンバータが搭載されています。しかし、私たちは依然として効率を向上させ、システムを簡素化したいと考えていました。
最も効率的な材料はダイヤモンドであり、SiCよりも優れた性能を発揮します。」
ダイヤモンドはより小型、軽量、そしてより強固であり、炭化ケイ素の3倍、シリコンの13倍の圧力に耐えることができます。さらに、ダイヤモンドは銅よりも優れた放熱特性を備えています。
「これは、ダイヤモンドデバイスが高電力を処理し、効率的に熱を放散できることを意味します。デバイスが過熱すると性能が低下します。そのため、電気自動車などのアプリケーションでは、ファンや冷却システムが使用されています。これらのシステムは大型で複雑ですが、ダイヤモンドはこれらの問題を回避するのに役立ちます」とチコット氏は説明します。
最後に、ダイヤモンドは二酸化炭素排出量の削減にも貢献します。
チコット氏は、「このデバイスの製造にはごく少量のダイヤモンド材料しか必要ありません。そのため、製造から使用に至るまでの環境への影響は小さくなります」と述べています。
実際、ダイヤモンドを使用することで、半導体は小型、軽量、耐熱性、高電圧、耐放射線性を備え、シリコンよりもエネルギー効率に優れています。電気自動車、航空宇宙、送電網、放射線耐性システムなど、過酷な環境で動作する電子機器にとって、ダイヤモンドは非常に貴重な材料です。一方、ダイヤモンドのNVセンター特性を活用することで、無線周波数、オプトエレクトロニクス、高エネルギー検出器、量子技術といった分野で新たなビジネスチャンスが生まれています。
パイロット生産ラインの構築：プロトタイプから産業化へ
Diamfabの製品展開はまだ初期段階にあり、現在は主に顧客やパートナーにプロトタイプを提供しています。2024年3月には、同社は870万ユーロの資金調達を完了しました。
現在、チームはパイロット生産ラインを構築しており、このラインでは、産業生産を模擬した条件下でウェハやデバイスの開発・試験を行うことができます。「これは、パートナー企業にとって、私たちが産業化の準備ができていることを示すものでもあります」とチチョット氏は説明します。
さらに、ダイヤモンドを他の材料の導電性電極として利用するニッチ市場が既にいくつか存在します。
「これは、オールダイヤモンドのパワーデバイスほど目を引くものではありませんが、収益を生み出し、産業企業のような事業運営の方法を学ぶ上で役立ちます。」
全体として、課題の一つは、多くの点で依然として最先端であるこの技術を顧客に受け入れてもらうことです。シコット氏によると、多くの製造業企業がダイヤモンドの存在は知っていたものの、それは10年か20年前の話だという。
「当時はまだすべてが初期段階にあり、私たちは理解を刷新し、この技術がいかに大きく進歩したかを示す必要がありました。」
「また、私たちが適切なパートナーであることを証明する必要がありました。業界は非常に保守的です。私たちはわずか20人でしたが、シュナイダーエレクトリックのような大企業と取引していました。」
そのため、自社の能力を示すこと、エンドユーザーを説得すること、そしてバリューチェーン全体を通じて対話を促進することのバランスを取る必要がありました。
まず、エンドユーザーを説得する必要がありました。付加価値と性能向上を示す必要がありました。そうして初めて、エンドユーザーが半導体メーカーにこの技術の開発開始を納得させることができたのです。
シコット氏は、フランスやヨーロッパでは企業はより保守的であるものの、現在ではほとんどの製造業企業がダイヤモンドがパワーエレクトロニクスの次世代材料になると確信していると考えています。しかし、ヨーロッパ以外では、トヨタのような日本企業がダイヤモンドの可能性を探求しています。 「この件には国際的な関心が高まっています。問題は、いつ実現するかです。スタートアップ企業や大企業を含む、どれだけの企業が競争に参入するかにかかっています。」
Diamfabの事業の最大の利点の一つは、既存のサプライチェーンに統合できることです。チコット氏は、バリューチェーンの出発点である「基板と成長させる層」はダイヤモンド特有のものですが、
「基板と活性層さえあれば、標準的なクリーンルームでウェハを処理できます。金属蒸着やリソグラフィーなど、使用する装置は他の半導体と同じです。必要なのはウェハのサイズだけです。産業施設では、生産ラインに投入するために少なくとも4インチのウェハが必要です。」
しかし、装置自体は同じです。例えば、現在試作品を製造する際には、窒化ガリウムなどの材料を製造するのと同じ研究施設を使用しています。配合が異なるだけです。」
材料が十分な大きさのウエハに加工されれば、チームはSTマイクロエレクトロニクスやTSMCといった企業に提出できる。
「クロスコンタミネーションを避けるために専用の生産ラインは必要ですが、装置自体は異なるものである必要はありません」とチコット氏は説明した。「価値はダイヤモンド素材そのものにあります」
チコット氏は、Diamfabの使命はダイヤモンドの産業的実用性を示すことだと考えている。
「ヨーロッパには、ダイヤモンド半導体サプライチェーンを構築するために必要なものがすべて揃っています。研究センター、基板サプライヤー、デバイスの専門知識、そして主要な業界プレーヤーです。
これは、ヨーロッパの半導体産業を活性化させる絶好の機会です。ダイヤモンドパワーエレクトロニクスは新興技術であり、ヨーロッパはこの分野で確固たる基盤を築いています。
シリコン製造における大きなギャップを埋める（アジアは既にかなり成熟しています）のと比べると、この新技術の産業化はより容易です。この新技術を活用して、ヨーロッパに全く新しい産業エコシステムを構築する必要があります。」
（出典：Semiconductor Industry Observerより抜粋）
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