Theo The Japan Times, khi công tác tháo dỡ nhà máy điện hạt nhân Fukushima số 1, nơi từng xảy ra sự cố tan chảy lõi lò phản ứng – bước vào giai đoạn then chốt để loại bỏ các mảnh vụn hạt nhân bị nóng chảy, công nghệ bán dẫn kim cương được chú ý vì khả năng chịu đựng bức xạ hạt nhân cực mạnh.
Ookuma Diamond Device, một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Sapporo, đã chọn công tác tháo dỡ này làm cơ hội để hiện thực hóa ứng dụng thực tiễn đầu tiên trên thế giới của chip kim cương. Công ty dự kiến sẽ đưa chip này vào ứng dụng thực tế trong năm tài khóa 2026, sau khi bắt đầu xây dựng nhà máy sản xuất tại thị trấn Okuma thuộc tỉnh Fukushima – nơi đặt nhà máy của Tập đoàn Điện lực Tokyo (Tepco) trong tháng 3/2025.
Đây là nhà máy sản xuất chất bán dẫn kim cương đầu tiên trên thế giới. Theo đó, công ty này trở thành đơn vị đầu tiên trên thế giới thiết lập quy trình sản xuất khép kín cho chất bán dẫn kim cương, từ thiết kế đế vật liệu đến lắp ráp mạch khuếch đại thành phẩm.
Nhà máy nằm tại Khu công nghiệp Trung tâm Okuma, có cấu trúc thép 2 tầng với diện tích đất khoảng 5.800 m² và diện tích xây dựng 1.100 m². Dự kiến hoàn thành và đi vào hoạt động từ năm 2026, cơ sở sẽ sản xuất hàng chục nghìn thiết bị bán dẫn mỗi năm.
Nhà máy tập trung phát triển bộ khuếch đại bán dẫn kim cương cho Hệ thống Giám sát Gần tới Giới hạn, dùng để đo liều lượng neutron trong lò phản ứng hạt nhân tại Nhà máy Điện hạt nhân Fukushima Daiichi đang được tháo dỡ. Ngoài ra, bán dẫn kim cương còn nhắm đến các ứng dụng trong vũ trụ, truyền thông 6G.
The Government of Japan cho biết, nhờ những tiến bộ trong vật liệu bán dẫn analog, một công ty Nhật Bản đang tiến gần đến việc đưa chất bán dẫn kim cương, được ca ngợi là “chất bán dẫn tối thượng” vào ứng dụng thực tế lần đầu tiên.
Ngoài các chất bán dẫn phổ biến được dùng trong máy tính cá nhân, điện thoại thông minh và các thiết bị xử lý thông tin để tính toán và lưu trữ dữ liệu, còn có một nhóm chất bán dẫn khác được sử dụng để khuếch đại, chuyển đổi và truyền tín hiệu liên quan đến các hiện tượng vật lý như điện, nhiệt, ánh sáng và truyền thông.
Những chất bán dẫn này được gọi là chất bán dẫn analog vì khả năng xử lý các tín hiệu liên tục biến đổi. Vai trò của chúng ngày càng quan trọng, đặc biệt trong các thiết bị như cảm biến, thiết bị truyền thông và ô tô. Nhu cầu phát triển các chất bán dẫn analog hiệu năng cao đang gia tăng mạnh mẽ, thúc đẩy bởi sự bùng nổ dữ liệu từ trí tuệ nhân tạo sinh và xe tự lái, cũng như các ứng dụng trong truyền thông vệ tinh và những môi trường khắc nghiệt.
Đặc biệt triển vọng trong lĩnh vực này là chất bán dẫn kim cương, được sản xuất từ kim cương nhân tạo tổng hợp từ khí methane - một khí nhà kính có tác động lớn đến hiện tượng nóng lên toàn cầu, chỉ đứng sau carbon dioxide. So với vật liệu truyền thống như silicon hay gallium nitride, chất bán dẫn kim cương sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội: dẫn nhiệt cao, hiệu suất tần số cao tốt hơn, tiết kiệm năng lượng và đặc biệt là khả năng chịu nhiệt độ cao và bức xạ mạnh.
Từ những năm 1980, giới nghiên cứu đã nỗ lực phát triển chất bán dẫn kim cương, nhưng gặp nhiều rào cản kỹ thuật và thiếu thị trường tiêu thụ, khiến việc thương mại hóa chưa khả thi. Tuy nhiên, bước ngoặt đã xảy ra khi Công ty Ookuma Diamond Device — một startup do Đại học Hokkaido và Viện Khoa học & Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia Nhật Bản (AIST) đồng sáng lập — phát triển thành công thiết bị nguyên mẫu đầu tiên.