Kim cương bán dẫn là gì — Giải thích dễ hiểu về "chất bán dẫn tối thượng"
Khi nghe đến chất bán dẫn kim cương, có lẽ bạn sẽ nghĩ ngay đến đá quý. Nhưng kim cương được đề cập ở đây không phải là viên đá trên nhẫn, mà là "kim cương nhân tạo" được tổng hợp bằng cách tích lũy từng lớp nguyên tử carbon trong thiết bị nhà máy, sử dụng khí metan (thành phần chính của khí tự nhiên) làm nguyên liệu. Bằng phương pháp gọi là lắng đọng hóa học từ pha hơi (CVD), người ta tạo ra kim cương đơn tinh thể độ tinh khiết cao, sau đó thêm vào một lượng nhỏ tạp chất để cho phép dẫn điện, rồi chế tạo thành các linh kiện bán dẫn như transistor và diode. Nói cách khác, chất bán dẫn kim cương chính là kim cương được dùng làm "vật liệu bán dẫn" thay thế cho silicon và silicon carbide (SiC).
Tại sao lại là kim cương? Lịch sử của chất bán dẫn cũng là lịch sử tìm kiếm những vật liệu có thể chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt hơn. Silicon đảm nhận vai trò "bộ não" của máy tính và điện thoại thông minh và có tính năng đa dụng, nhưng trong thế giới bán dẫn công suất — nơi "xử lý điện năng lớn ở điện áp cao" như bộ biến tần chạy động cơ xe điện (EV), lưới truyền tải điện, và nguồn điện trung tâm dữ liệu — silicon gặp phải giới hạn về nhiệt độ và điện áp. Vì vậy, từ những năm 2010, SiC và GaN (gallium nitride) — những vật liệu có "băng cách (band gap — rào cản năng lượng để chuyển đổi giữa dẫn điện và không dẫn điện)" rộng hơn silicon — đã được đưa vào ứng dụng thực tế. SiC đã được sử dụng trong EV và đường sắt, GaN trong bộ sạc nhanh và trạm thu phát sóng viễn thông. Kim cương được định vị là điểm đến cuối cùng trong dòng "bán dẫn băng rộng" này, và vì về mặt lý thuyết có hiệu suất vượt trội hơn cả SiC và GaN, nó được gọi là "chất bán dẫn tối thượng" hay "bán dẫn công suất thế hệ tiếp theo".
Cụ thể, điều gì sẽ thay đổi? Có thể dễ hình dung qua ba tình huống. Thứ nhất là xe điện (EV). Với cùng hiệu suất, bộ biến tần có thể thu nhỏ và giảm trọng lượng đáng kể, đồng thời đơn giản hóa cơ cấu làm mát, tạo ra nhiều dư địa hơn cho phạm vi di chuyển và không gian trong xe. Thứ hai là radar quốc phòng và vũ trụ, cũng như thông tin liên lạc vệ tinh. Có thể khuếch đại sóng vô tuyến tần số cao với công suất lớn, đồng thời tản nhiệt nhanh chóng, mở ra khả năng thực hiện các radar hiệu suất cao có thể phát hiện sớm hơn các mối đe dọa nhỏ như máy bay không người lái, và các thiết bị liên lạc hoạt động liên tục dưới bức xạ mạnh trong không gian vũ trụ. Thứ ba là công trường tháo dỡ lò phản ứng hạt nhân — chính là nguồn gốc ra đời của công nghệ này. Kim cương có khả năng tạo ra các cảm biến và mạch điện hoạt động trong môi trường phóng xạ cao như xung quanh mảnh vỡ (nhiên liệu hạt nhân bị nóng chảy) của Nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi — nơi con người và các thiết bị điện tử thông thường không thể tiếp cận.
Ưu thế vượt trội nhìn từ tính chất vật liệu, và bài toán khó 40 năm chưa có lời giải
Lý do tại sao kim cương được gọi là "tối thượng" trở nên rõ ràng ngay khi nhìn vào các thông số vật lý. Băng thông (bandgap) của kim cương đạt khoảng 5,5 eV, gấp 5 lần so với silicon (khoảng 1,1 eV), vượt xa cả SiC (khoảng 3,3 eV) và GaN (khoảng 3,4 eV). Điện trường đánh thủng (breakdown field) — thước đo khả năng cách điện — cao gấp khoảng 30 lần silicon, nghĩa là với cùng độ dày, kim cương chịu được điện áp cao hơn nhiều. Độ dẫn nhiệt đạt khoảng 2.000–2.200 W/m·K, cao nhất trong tất cả các vật liệu bán dẫn và gấp vài lần đồng — tức là bản thân chất bán dẫn hoạt động như một tản nhiệt xuất sắc. Độ linh động của hạt tải điện (carrier mobility) cũng cao. Tổng hợp tất cả những yếu tố này, khi so sánh theo "Chỉ số hiệu suất Baliga (Baliga FOM)" — thước đo chất lượng vật liệu bán dẫn công suất — kim cương được ước tính vượt SiC hơn 80 lần và vượt GaN hơn 10 lần (theo báo cáo kỹ thuật của Asahi Kasei và các nguồn khác).
Nói một cách đơn giản, ý nghĩa của những con số này là: "có thể xử lý điện áp cao hơn, với linh kiện nhỏ hơn, ở nhiệt độ cao hơn, với tổn hao thấp hơn." Về mặt lý thuyết, kim cương ẩn chứa tiềm năng thu nhỏ và giảm trọng lượng bộ chuyển đổi điện năng làm bằng silicon hay SiC đi một bậc độ lớn, đồng thời giảm đáng kể tổn hao năng lượng. Chính vì vậy, ngành công nghiệp bán dẫn đã chú ý đến kim cương từ hơn 40 năm trước.
Tuy nhiên, việc ứng dụng thực tế của nó trong một thời gian dài vẫn là chủ đề điển hình của "có vẻ làm được nhưng lại không làm được." Có hai thách thức lớn. Thứ nhất, việc pha tạp chất (doping) để dẫn điện — đặc biệt là tạo ra loại "n-type" dẫn electron một cách ổn định — cực kỳ khó khăn. Thứ hai, trong khi silicon có thể được sản xuất rẻ dưới dạng đĩa lớn đường kính 300 mm (wafer), thì kim cương đơn tinh thể chỉ có thể tạo ra các mảnh nhỏ vài mm đến vài chục mm, không đáp ứng được kích thước, độ đồng nhất và chi phí thấp cần thiết cho sản xuất đại trà. "Vật liệu mà nhân loại đã thử trong bốn mươi năm nhưng thất bại trong thương mại hóa" (theo cách diễn đạt của Nippon.com) — bức tường ngăn cản lâu năm này đã bắt đầu lần lượt sụp đổ vào nửa cuối thập niên 2020 qua tay các tổ chức nghiên cứu và startup của Nhật Bản. Đây chính là chủ đề trọng tâm của bài viết này.
Lý do Nhật Bản dẫn đầu thế giới——25 năm tích lũy và văn hóa "điều chỉnh phối hợp"
Sự nổi bật của Nhật Bản trong lĩnh vực bán dẫn kim cương được thể hiện rõ nét qua số lượng các nhà nghiên cứu. Nếu không tính Trung Quốc, toàn thế giới chỉ có hơn 100 nhà nghiên cứu về bán dẫn kim cương. Trong số đó, khoảng một phần tư tập trung tại một công ty duy nhất — startup Okuma Diamond Device ở Fukushima sẽ được đề cập bên dưới — và hai nhà khoa học được trích dẫn nhiều nhất thế giới trong lĩnh vực này cũng đang làm việc tại đây. Đây không phải là thành quả ngày một ngày hai, mà là kết quả của chiều sâu nghiên cứu cơ bản được tích lũy bền bỉ suốt một phần tư thế kỷ bằng nguồn vốn nhà nước từ các tổ chức như Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia (AIST), Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia (NIMS), Đại học Saga và Đại học Waseda.
James Riney, nhà sáng lập kiêm CEO của công ty đầu tư mạo hiểm (VC) Coral Capital có trụ sở tại Tokyo — đơn vị đã rót vốn vào công ty này — đã định vị đây là "lợi thế chỉ có thể sinh ra tại Nhật Bản" trong bài luận "Japan's Apollo Moment" (Khoảnh khắc Apollo của Nhật Bản) công bố vào tháng 4 năm 2026. Theo ông, việc sản xuất bán dẫn kim cương là "một quy trình mang tính thủ công" hơn là một dây chuyền sản xuất hàng loạt được chuẩn hóa, đòi hỏi kiểm soát chất lượng tỉ mỉ ở toàn bộ các công đoạn từ nuôi tinh thể, gia công đế đến chế tạo thiết bị. Văn hóa "monozukuri" (tinh thần chế tác) và lực lượng lao động lành nghề của Nhật Bản rất phù hợp với điều đó. Thêm vào đó, Nhật Bản còn có một hệ sinh thái công nghiệp sẵn sàng tiếp nhận vật liệu mới, với sự hiện diện của các nhà sản xuất bán dẫn công suất và bán dẫn analog hàng đầu thế giới như Mitsubishi Electric, Fuji Electric, Toshiba và Rohm. Riney viết: "Kho tàng tri thức tích lũy trong 25 năm không phải là thứ mà các đối thủ dù có nguồn vốn dồi dào cũng có thể tái tạo trong thời gian ngắn."
Trên thực tế, các tác nhân của Nhật Bản có thể được phân thành bốn nhóm chính. AIST đóng vai trò đầu não giải quyết các thách thức cốt lõi của công nghệ nền tảng; Okuma Diamond Device xây dựng nhà máy sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới; Orbray đi tiên phong về chất lượng wafer (đế bán dẫn) và mở rộng đường kính; và Diamond Semiconductor (DSC), xuất phát từ Đại học Saga, chuyên về thiết bị tần số cao. Nếu thêm vào đó Power Diamond Systems (PDS) — một doanh nghiệp thiết bị công suất xuất phát từ Đại học Waseda — thì bức tranh toàn cảnh về đội hình của Nhật Bản gần như đã đầy đủ. Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét từng đơn vị một cách cụ thể.
Nhà máy sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới xuất phát từ Fukushima——Okuma Diamond Device
Một cái tên tiêu biểu trong lĩnh vực này là Okuma Diamond Device (trụ sở tại Sapporo), công ty được hình thành từ nền tảng công nghệ của Đại học Hokkaido và AIST. Nhà sáng lập kiêm CEO Naohisa Hoshikawa đã đến thăm phòng nghiên cứu của Giáo sư Junichi Kaneko tại Đại học Hokkaido vào năm 2016. Dù lúc đó đang điều hành một công ty khác, ông đã quyết định chuyển hướng để tìm kiếm "công nghệ có tầm vóc đủ để thay đổi cả một ngành công nghiệp". Sau khoảng sáu năm tự mình nghiên cứu vật lý và xây dựng lòng tin với các nhà khoa học, vào tháng 3 năm 2022, ông cùng Giáo sư Kaneko (Đại học Hokkaido) và ông Hitoshi Umezawa (AIST) đồng sáng lập công ty. Điểm xuất phát không phải là cơ hội kinh doanh mà là một vấn đề xã hội — thảm họa nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi năm 2011. Dự án nghiên cứu quốc gia nhằm chế tạo đầu dò neutron có thể hoạt động ngay cạnh mảnh vỡ lò phản ứng đã trở thành nguyên mẫu của công ty này. Vào tháng 9 năm 2024, Okuma Diamond Device còn được Forbes Asia vinh danh trong danh sách "Forbes Asia 100 to Watch 2024".
Chính Okuma Diamond Device đã xây dựng tại khu công nghiệp thị trấn Okuma, tỉnh Fukushima, nhà máy sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới dành cho chất bán dẫn kim cương. Diện tích khuôn viên khoảng 5.800 mét vuông. Ngày 27 tháng 3 năm 2025, lễ khởi công đã được tổ chức với sự tham dự của hơn 70 người, bao gồm thị trưởng, Thứ trưởng Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp, cùng các đại diện từ Tokyo Electric Power và Tohoku Electric Power. Đến ngày 29 tháng 5 năm 2026, nhà máy hoàn công và tổ chức lễ khánh thành. Tuy nhiên, việc hoàn thiện công trình và sản xuất hàng loạt quy mô lớn là hai việc khác nhau — theo các báo cáo, sau khi lắp đặt và vận hành thiết bị, mục tiêu đạt công suất tối đa (sản xuất hàng loạt đầy đủ) được đặt vào năm tài chính 2028. Công suất sản xuất tối đa đạt hàng trăm nghìn chiếc mỗi năm. Trước tiên, công ty nhắm đến các môi trường bức xạ cao như robot tháo dỡ lò phản ứng, sau đó mở rộng ứng dụng sang vũ trụ, quốc phòng, viễn thông và xe điện.
Nhìn từ góc độ đầu tư mạo hiểm, chiến lược của công ty này có "sức hấp dẫn đặc biệt mà ít ai có được". Thứ nhất, kim cương được tổng hợp từ khí metan, không phụ thuộc vào chuỗi cung ứng đất hiếm hay các quốc gia đang có xung đột địa chính trị. Ông Rainey của Coral Capital đánh giá đây là "năng lực sản xuất nội địa hoàn toàn trong liên minh hiệp ước của Hoa Kỳ". Thứ hai, ông Rainey so sánh công nghệ này với Chương trình Apollo của Mỹ. Luận điểm của ông là: "Chương trình Apollo thực ra không chỉ nhằm mục đích đặt chân lên Mặt Trăng — chính những đột phá về khoa học vật liệu, tính toán, viễn thông và chế tạo mới là thứ thay đổi cuộc sống dân sự. Chất bán dẫn kim cương cũng vậy: sinh ra từ nhu cầu tháo dỡ lò phản ứng Fukushima, rồi tiến vào những thị trường mà ngay cả nhà sáng lập cũng không ngờ tới — radar quốc phòng, vũ trụ, xe điện." Ông cũng đánh giá cao sự thận trọng mang tính kỹ sư của CEO Hoshikawa — người đã cố tình chờ đợi sáu năm cho đến khi "việc thương mại hóa trở nên trung thực" — như một điểm cộng nổi bật trong bối cảnh đầu tư deep-tech vốn đầy những lời quảng cáo thổi phồng.
Cuộc đua mở rộng đường kính wafer — Orbray, EDP và AIST
Việc sản xuất hàng loạt chất bán dẫn kim cương hay không, xét cho cùng, phụ thuộc vào câu hỏi "có thể sản xuất wafer lớn, chất lượng cao với giá rẻ đến mức nào". Dẫn đầu trong lĩnh vực này là Orbray — tiền thân là Adamant Namiki Precision Jewel. Công ty đã tìm ra hướng đi cho công nghệ sản xuất hàng loạt wafer kim cương 2 inch (đường kính khoảng 50mm), đồng thời đẩy mạnh nghiên cứu và phát triển đế 4 inch. Họ đã thiết lập công nghệ sản xuất đế đơn tinh thể (111) không có song tinh, kích thước 20mm — lớn nhất thế giới — với định hướng tinh thể phù hợp cho linh kiện bán dẫn, và cũng đang phát triển đế kim cương loại n, yếu tố then chốt để ứng dụng thực tế. Vào tháng 6 năm 2024, Orbray đã hợp tác với Element Six — công ty con của De Beers, tập đoàn kim cương lớn nhất thế giới — trong lĩnh vực kinh doanh kim cương nhân tạo đơn tinh thể khẩu độ lớn, chất lượng cao. Ngoài ra, họ còn bắt tay với MIRISE Technologies — liên doanh của Toyota và Denso — trong nghiên cứu và phát triển linh kiện nguồn kim cương, đặt nền móng cho ứng dụng xe điện (EV).
Công ty EDP (株式会社イーディーピー), chuyên sản xuất kim cương nhân tạo, cũng đang nhanh chóng khẳng định vị thế. Ngày 27 tháng 5 năm 2026, công ty công bố đã chế tạo được tinh thể khoảng 53mm vuông bằng cách ghép bốn đơn tinh thể cỡ 25mm theo cấu trúc "tinh thể mosaic" — ghép ngang nhiều đơn tinh thể — và đạt độ nhẵn bề mặt khoảng 5nm (nanomet) trên gần như toàn bộ bề mặt. Dùng tinh thể này làm tinh thể mẹ và cắt tròn bằng laser, có thể sản xuất hàng loạt wafer 2 inch, với kế hoạch sản xuất hàng loạt vào nửa cuối năm tài chính 2026. Công ty cũng đang song song tìm kiếm đơn tinh thể từ 50mm vuông trở lên, mosaic hóa trên 100mm vuông, cùng công nghệ wafer ghép theo phương pháp khác, hướng tới khổ 4 inch.
Dẫn dắt toàn bộ về mặt kỹ thuật là AIST (Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia). Ngày 2 tháng 2 năm 2026, AIST cùng EDP công bố phương pháp mới — ghép wafer kim cương nhỏ (12mm vuông) lên đế silicon (2 inch) ở nhiệt độ cao 1200°C, nhằm hạn chế vênh do chênh lệch giãn nở nhiệt (đăng trên tạp chí khoa học *ACS Applied Engineering Materials*). Độ chênh lệch bề mặt đế vốn là 27μm khi ghép ở 1000°C đã giảm xuống còn 9μm ở 1200°C — cải thiện khoảng 60% — và bề mặt tiếp xúc vẫn chịu được xử lý hóa chất lẫn xử lý nhiệt 1000°C. AIST đặt mục tiêu hiện thực hóa wafer 6 inch vào năm 2030 và đẩy nhanh chuyển giao công nghệ cho các doanh nghiệp trong nước. Bức tranh phát triển wafer hiện tại là sự song hành của hai hướng tiếp cận: "phát triển tinh thể lớn hơn" (Orbray, EDP) và "ghép các mảnh nhỏ để tạo diện tích lớn" (công nghệ ghép nối của AIST).
Tay đôi của phe thiết bị——PDS sức mạnh, DSC của Đại học Saga tần số cao
Các công ty thiết bị thực sự chế tạo linh kiện trên tấm wafer được chia thành hai nhóm lớn: "nhóm công suất" và "nhóm cao tần".
Đại diện tiêu biểu của nhóm công suất là Power Diamond Systems (PDS, thành lập tháng 8/2022, trụ sở tại Shinjuku, Tokyo), dựa trên công nghệ của Giáo sư Hiroshi Kawarada thuộc Đại học Waseda. Giáo sư Kawarada là chuyên gia hàng đầu thế giới trong lĩnh vực này, người đã tạo ra kênh dẫn kết thúc bằng hydro vào năm 1994, kênh dẫn kết thúc bằng silicon oxide vào năm 2020, và transistor diamond dọc đầu tiên trên thế giới. CEO là ông Tatsuya Fujishima, người từng làm việc tại Rohm và nghiên cứu thiết bị GaN (gallium nitride) tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), trong khi Giáo sư Kawarada đảm nhiệm vai trò đồng sáng lập kiêm CSO (Giám đốc Khoa học). Waseda University Ventures (WUV) đã đầu tư 100 triệu yên khi công ty mới thành lập. Tại SEMICON Japan 2025, công ty đã trình diễn MOSFET diamond (transistor hiệu ứng trường), đến tháng 3/2026 xác nhận hoạt động chuyển mạch liên tục của bộ chuyển đổi DC-DC kiểu hạ áp sử dụng MOSFET diamond, và vào tháng 4 công bố công tắc hai chiều monolithic có thể giảm điện trở bật xuống dưới 1/10 so với cấu trúc thông thường — liên tiếp chứng minh hoạt động chuyển mạch ở cấp 200V/1A. Mục tiêu hướng tới là thế giới chuyển đổi điện năng hiệu quả ở điện áp cao và nhiệt độ cao, như xe điện (EV) và trạm gốc viễn thông.
Đảm nhiệm mảng cao tần là Công ty TNHH Diamond Semiconductor (DSC), dựa trên nghiên cứu của Giáo sư Makoto Kasu và các cộng sự tại Đại học Saga. Công ty được thành lập vào ngày 10/2/2025 (Giám đốc đại diện là bà Tsuzuko Kakazu) và được trao danh hiệu startup xuất phát từ Đại học Saga vào tháng 6 cùng năm. Đại học Saga phối hợp với JAXA (Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản) để tạo ra cấu trúc cổng vi mô hình chữ T bằng phương pháp khắc chùm electron, đạt được mức khuếch đại sóng vô tuyến cao nhất thế giới ở dải microwave và millimeter wave 120GHz. Thiết bị sản xuất do JEOL (Nippon Denshi) cung cấp, và công ty cũng đang tiến hành nghiên cứu chung với JVC Kenwood. Từ tháng 1/2026, DSC đã bắt đầu sản xuất mẫu và bán thiết bị bán dẫn diamond đầu tiên trên thế giới. Mục tiêu hướng đến các ứng dụng tần số cao và công suất cao như trạm gốc Beyond 5G/6G và thông tin vệ tinh, theo đuổi mô hình kinh doanh fabless (không có nhà máy riêng) nhằm đạt lợi nhuận cao thay vì chạy theo sản lượng. Với PDS chuyên về "công suất kiểm soát điện năng" và Đại học Saga/DSC chuyên về "cao tần khuếch đại sóng vô tuyến", Nhật Bản đang dẫn đầu thế giới cả ở tầng thiết bị với chiến lược hai mũi nhọn này.
Nguồn đầu tư và dòng chảy vốn——Tiền từ VC, Nhà nước và Quốc phòng
Không chỉ theo dõi công nghệ, mà khi theo dõi ai đang rót tiền, ta sẽ thấy rõ rằng ngành bán dẫn kim cương của Nhật Bản đang được chống đỡ bởi ba tầng lớp: "VC - Nhà nước - Quốc phòng".
Việc huy động vốn của Okuma Diamond Device — đơn vị cốt lõi — diễn ra theo từng giai đoạn. Trong vòng gọi vốn Seed vào tháng 5 năm 2023, Coral Capital là nhà đầu tư dẫn đầu với 140 triệu yên, cùng sự tham gia của Globis Capital Partners. Tiếp theo, trong vòng Pre-Series A vào tháng 10 năm 2024, công ty huy động được khoảng 4 tỷ yên, bao gồm cả tài chính nợ. Globis Capital Partners dẫn đầu vòng này, với danh sách các nhà đầu tư tham gia gồm Coral Capital, Green Coin Invest, Acestart, Yucho Spiral Regional Innovation, Mitsui Sumitomo Insurance Capital, SMBC Venture Capital, FFG Venture Business Partners, Hokuhoku Capital và Shinsei Corporate Investment; trong khi Mizuho Bank đứng đầu về phía tài chính nợ. Tổng vốn huy động bao gồm cả trợ cấp đạt khoảng 6,7 tỷ yên. Về phía doanh nghiệp thiết bị, WUV đã rót 100 triệu yên vào PDS như đã đề cập ở trên.
Nguồn vốn từ nhà nước và quốc phòng cũng rất đáng kể. Theo Coral Capital, Okuma Diamond Device đã nhận được hợp đồng nghiên cứu ủy thác kéo dài nhiều năm từ Bộ Quốc phòng Nhật Bản, trong bối cảnh chi tiêu quốc phòng toàn cầu gia tăng — ngân sách quốc phòng của Nhật Bản đã tăng gần gấp đôi trong 3 năm qua. Bán dẫn kim cương có khả năng khuếch đại tín hiệu tần số cao với công suất lớn và tản nhiệt thấp trong radar, đồng thời có thể được sử dụng như linh kiện thay thế cho module GaN để nâng cao hiệu suất mà không cần thay đổi thiết kế của các nền tảng hiện có, do đó có giá trị quân sự cao. Điểm mạnh của Nhật Bản trong lĩnh vực này về mặt tài chính được củng cố bởi việc ba nguồn vốn được rót đồng thời: tiền VC (vốn tăng trưởng tư nhân), các dự án nghiên cứu quốc gia (nguồn vốn dài hạn từ cơ bản đến sản xuất đại trà), và mua sắm quốc phòng (nhu cầu ban đầu có độ chắc chắn cao). Ngoài ra, chính việc dòng vốn công-tư này không ngừng chảy trong thời gian dài cũng chính là nguồn gốc tạo nên "25 năm tích lũy" và đội ngũ nghiên cứu dày dạn kinh nghiệm đã đề cập ở trên.
Thung lũng Silicon và thế giới đưa tin như thế nào — Góc nhìn từ VC
Vậy các VC ở Silicon Valley và truyền thông nước ngoài nhìn nhận động thái này như thế nào? Kết luận mà nói, bài phân tích sắc bén nhất từ giới VC lại đến từ Coral Capital — có trụ sở tại Tokyo. CEO của công ty, James Riney, là nhà đầu tư người Mỹ xuất thân từ 500 Startups (Mỹ), thông thạo văn hóa Silicon Valley. Luận điểm "Kế hoạch Apollo của Nhật Bản" của ông lý giải về chất bán dẫn kim cương theo đúng ngữ pháp đầu tư mà Silicon Valley ưa chuộng nhất hiện nay: deeptech + địa chính trị + quốc phòng. Các điểm mấu chốt được gói gọn trong ba ý: (1) nền tảng tích lũy sâu về khoa học vật liệu và văn hóa sản xuất hàng loạt; (2) chuỗi cung ứng "sạch" — không cần đất hiếm, không phụ thuộc vào các quốc gia đối lập; (3) công nghệ sinh ra từ nhu cầu cấp bách (Fukushima) đã chạm tới những thị trường khổng lồ ngoài dự kiến (quốc phòng, vũ trụ, xe điện).
Đưa tin của truyền thông nước ngoài cũng dày dặn hơn kể từ năm 2026. Nikkei Asia đưa tin "R&D của Nhật Bản đang đưa chất bán dẫn kim cương mạnh mẽ đến gần thực tế hơn"; Nippon.com truyền đạt sự hoàn thành của nhà máy tại thị trấn Okuma như một cơ sở đầu tiên trên thế giới tạo ra "vật liệu mà nhân loại đã cố thương mại hóa trong 40 năm mà không thành". Tờ báo ngành của Đài Loan DigiTimes cũng chạy bài đặc biệt vào tháng 5/2026 với tiêu đề "Startup chip kim cương Nhật Bản tiến tới sản xuất hàng loạt với nhà máy và mẫu thử". Trang web truyền thông chính phủ JapanGov định vị đây là "biến khủng hoảng thành đổi mới bằng deeptech tối thượng", và rõ ràng việc truyền thông ra quốc tế đang được tăng cường mạnh mẽ.
Tuy nhiên, cũng cần nhìn nhận tỉnh táo một thực tế: dòng tiền VC thuần túy từ Silicon Valley chưa đổ ồ ạt vào chất bán dẫn kim cương. Nguồn vốn từ phía Mỹ vận động chủ yếu thông qua khuôn khổ quốc phòng. Cơ quan Nghiên cứu Dự án Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) đã khởi động chương trình "Chất bán dẫn siêu dải băng rộng (UWBGS)", do Element Six (thuộc tập đoàn De Beers) dẫn dắt. Nhóm quốc tế của chương trình này bao gồm Orbray của Nhật Bản (chuyên môn về kim cương diện tích lớn), tập đoàn radar Raytheon/RTX, Hiqute Diamond của Pháp, cùng Đại học Stanford và Đại học Princeton của Mỹ. Đầu tư kim cương nghiêm túc của Mỹ xuất phát từ quốc phòng, và điều mang tính biểu tượng là Orbray của Nhật Bản được tích hợp vào vị trí cốt lõi của chuỗi đó. Về phía các startup Mỹ tư nhân, Advent Diamond (xuất thân từ Đại học Bang Arizona) nhận được khoản tài trợ 750.000 USD (khoảng 1,2 tỷ yên) từ Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) để phát triển diode kim cương và GaN-on-diamond; AKHAN Semiconductor của Adam Khan huy động được tổng cộng 30,04 triệu USD (khoảng 47 tỷ yên) qua 6 vòng gọi vốn, song đến tháng 6/2025, tài sản đã được Diamond Technologies (DTI) mua lại. Diamond Foundry tại San Francisco huy động được tổng cộng 315 triệu USD (khoảng 490 tỷ yên) và được định giá 1,8 tỷ USD (khoảng 2.800 tỷ yên) vào năm 2021 — là doanh nghiệp nổi bật — nhưng trọng tâm của họ nằm ở kim cương tổng hợp cho trang sức và tấm wafer cho pin mặt trời, khó có thể gọi là nhân vật chính trong lĩnh vực chất bán dẫn công suất. Nhìn chung, nhận định của "smart money" Silicon Valley đang hội tụ về một cấu trúc phân công: "Nhật Bản dẫn đầu về vật liệu và nhân tài, còn nhu cầu có độ chắc chắn cao nằm ở quốc phòng Mỹ."
Địa chính trị và chuỗi cung ứng — 550 tỷ đô la Mỹ-Nhật và "đất hiếm thứ hai"
Chính thỏa thuận thương mại và đầu tư Nhật-Mỹ được ký kết vào tháng 7 năm 2025 đã đưa chất bán dẫn kim cương vào bối cảnh địa chính trị rộng lớn hơn. Theo khuôn khổ này, Mỹ áp mức thuế hỗ tương 15% đối với hàng hóa Nhật Bản, đổi lại Nhật Bản cam kết đầu tư vào Mỹ tổng cộng 550 tỷ USD (khoảng 85 nghìn tỷ yên). Ngày 18 tháng 2 năm 2026 (theo giờ Nhật Bản), hai chính phủ đã công bố ba dự án đầu tiên trong đợt đầu tiên, bao gồm: nhà máy điện khí phục vụ trung tâm dữ liệu AI trị giá khoảng 33,3 tỷ USD (khoảng 5,2 nghìn tỷ yên, tại Ohio); cơ sở hạ tầng xuất khẩu dầu thô Mỹ trị giá khoảng 2,1 tỷ USD (khoảng 330 tỷ yên, tại Texas và vùng vịnh Mexico); và nhà máy sản xuất kim cương nhân tạo trị giá khoảng 600 triệu USD (khoảng 93 tỷ yên, tại Georgia).
Điểm cần lưu ý ở đây là dự án kim cương nhân tạo trong đợt đầu tiên chỉ là sản xuất "kim cương tổng hợp công nghiệp (grit — hạt mài dùng trong mài và đánh bóng)", chứ không phải nhà máy sản xuất chất bán dẫn kim cương. Đơn vị vận hành cơ sở này vẫn là Element Six (thuộc tập đoàn De Beers), với mục tiêu cung cấp vật liệu cho ngành mài và gia công siêu chính xác trong lĩnh vực ô tô, hàng không, linh kiện bán dẫn, thiết bị lượng tử và linh kiện radar quân sự, đồng thời đáp ứng nhu cầu nội địa Mỹ. Dù vậy, lĩnh vực này liền mạch với vật liệu kim cương cấp độ bán dẫn, và quan trọng hơn, logic "thoát khỏi sự phụ thuộc vào Trung Quốc" hoàn toàn giống với mục tiêu trong lĩnh vực bán dẫn. Trung Quốc chiếm thị phần lớn trong sản xuất kim cương tổng hợp công nghiệp toàn cầu — các con số dao động từ hơn 60% đến hơn 90% tùy theo nguồn tin — trong đó Nikkei Business dẫn con số "hơn 90%" và giới thiệu quan điểm cảnh báo đây là "đất hiếm thứ hai".
Tuy nhiên, vẫn có những dè dặt về mức độ đóng góp của khoản đầu tư này cho an ninh kinh tế của Nhật Bản. Theo Nikkei Business và Nomura Research Institute, không có điều khoản nào quy định kim cương sản xuất tại Mỹ sẽ được ưu tiên cung cấp cho Nhật Bản, và mục tiêu mà Bộ Thương mại Mỹ đề ra chỉ là "đáp ứng nhu cầu nội địa Mỹ". Các doanh nghiệp Nhật Bản như Asahi Diamond Industrial và Noritake được đề cập là ứng viên mua hàng tiềm năng, và Tổng giám đốc Ngân hàng Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JBIC) đánh giá dự án này là "có lợi ích tương hỗ và đủ điều kiện bankable (có thể cho vay)", song song đó vẫn tồn tại phê bình rằng "lợi ích an ninh đối với Nhật Bản chưa rõ ràng". Đây là luận điểm cần được hiểu trong bối cảnh còn nhiều biến động và bất định trong các thông tin báo chí. Dù sao đi nữa, thực tế rằng kim cương — không phải với tư cách trang sức hay vật liệu mài — mà là "hàng hóa chiến lược" đã được đặt lên bàn đàm phán thương mại Nhật-Mỹ, chứng tỏ tầm quan trọng ngày càng lớn của lĩnh vực này.
Lộ trình tương lai và quy mô thị trường — Khi nào điều gì sẽ xảy ra
Dự báo quy mô thị trường có sự chênh lệch lớn tùy theo cách định nghĩa. Nếu chỉ tính riêng "đế bán dẫn kim cương", có quan điểm cho rằng thị trường sẽ tăng từ khoảng 420 triệu đô la (khoảng 65 tỷ yên) năm 2024 lên khoảng 790 triệu đô la (khoảng 120 tỷ yên, tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 11%) vào năm 2030. Trong khi đó, nếu tính theo "vật liệu kim cương cho bán dẫn" bao gồm cả vật liệu tản nhiệt, một số ước tính cho thấy thị trường sẽ mở rộng từ khoảng 1,5 tỷ đô la (khoảng 230 tỷ yên) năm 2023 lên khoảng 3,7 tỷ đô la (khoảng 580 tỷ yên, tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 12%) vào năm 2030. Một số nghiên cứu lạc quan hơn còn dự báo thị trường sẽ đạt khoảng 17,8 tỷ đô la (khoảng 2,8 nghìn tỷ yên, tốc độ tăng trưởng hàng năm khoảng 26%) vào năm 2034 từ mức khoảng 2,1 tỷ đô la (khoảng 330 tỷ yên) năm 2025. Vì con số lớn hay nhỏ phụ thuộc vào "những gì được tính vào thị trường", nên không nên tin tưởng tuyệt đối vào dự báo của bất kỳ một công ty nào, mà nên nhận thức đây là "thị trường đang ở giai đoạn sơ khai với tăng trưởng cao hai con số mỗi năm".
Nhìn theo trục thời gian, các mốc quan trọng đang trở nên khá cụ thể. Năm 2026 là bước ngoặt chuyển từ "chứng minh sang bắt đầu cung cấp" với: hoàn thành nhà máy Okuma (tháng 5), Đại học Saga và DSC xuất xưởng mẫu thiết bị đầu tiên trên thế giới (tháng 1), EDP hoàn thiện hệ thống sản xuất hàng loạt wafer 2 inch (nửa cuối năm tài chính). Giai đoạn 2027-2028, sản xuất hàng loạt đầy đủ của Okuma Diamond Device (mục tiêu năm tài chính 2028) và thương mại hóa wafer 4 inch sẽ nằm trong tầm nhìn. Khoảng năm 2030, việc hiện thực hóa wafer 6 inch mà AIST đặt mục tiêu cùng với việc áp dụng trong các lĩnh vực giá trị gia tăng cao như quốc phòng, vũ trụ và 6G sẽ được đẩy mạnh, và từ 2030-2035, việc mở rộng sang các thị trường khối lượng lớn như biến tần EV và chuyển đổi điện năng công nghiệp sẽ bắt đầu — đó là lộ trình mà các bên đang vạch ra.
Khi sắp xếp theo quan điểm của nhà đầu tư và doanh nghiệp về "những gì cần theo dõi trong thời gian tới", các điểm chú ý trở nên rõ ràng. Thứ nhất là đường kính wafer (2 inch → 4 inch → 6 inch) cùng tỷ lệ hiệu suất và chi phí của chúng; thứ hai là việc giải quyết vấn đề khó khăn lâu năm về hình thành ổn định kim cương loại n; thứ ba là các đơn đặt hàng ban đầu từ quốc phòng và vũ trụ cùng lần áp dụng thương mại đầu tiên (design win); thứ tư là mức độ lan tỏa của nguồn vốn quốc gia như khoản đầu tư 550 tỷ đô la Mỹ-Nhật đến việc cung cấp vật liệu cấp độ bán dẫn — đó là những gì cần quan sát. Mỗi khi một trong những mốc này được hoàn thành, tính khả thi của bán dẫn kim cương sẽ tăng vọt.
Tổng kết — Liệu vật liệu "không vỡ" có trở thành ngành xuất khẩu tiếp theo của Nhật Bản?
Chất bán dẫn kim cương là "chất bán dẫn tối thượng" có khả năng đột phá trực diện những giới hạn vật lý của silicon, và đứng ở tuyến đầu của quá trình thương mại hóa đó không ai khác chính là Nhật Bản. Okuma Diamond Device — nơi quy tụ một phần tư trong số hơn 100 nhà nghiên cứu trên toàn thế giới — cùng với Orbray và EDP không ngừng mở rộng kích thước wafer, AIST đóng vai trò trung tâm chỉ huy công nghệ, PDS chuyên về công suất, và Đại học Saga cùng DSC chuyên về cao tần: các lực lượng Nhật Bản với sự phân công rõ ràng đang biến "giấc mơ trong phòng thí nghiệm" thành "hiện thực trong nhà máy", dựa trên nền tảng tích lũy suốt một phần tư thế kỷ.
Nhìn từ góc độ của các nhà đầu tư mạo hiểm tại Silicon Valley, bản chất của câu chuyện này nằm ở ba điểm cốt lõi. Thứ nhất, lợi thế dẫn đầu về vật liệu và nhân lực mà chỉ Nhật Bản mới có thể tái tạo — đó là "hào lũy" (moat). Thứ hai, chuỗi cung ứng trong sạch: không cần đất hiếm, không phụ thuộc vào các quốc gia đối địch. Thứ ba, tầm nhìn kiểu "Chương trình Apollo" — khởi sinh từ nhu cầu cấp bách tại Fukushima và hướng đến những thị trường khổng lồ như quốc phòng, không gian vũ trụ và xe điện. Vốn đầu tư được bơm vào từ ba tầng: VC tư nhân, nhà nước và quốc phòng; còn địa chính trị, thông qua hiệp định đầu tư Nhật–Mỹ, đã đẩy vật liệu này lên vị thế hàng hóa chiến lược. Những cửa ải còn lại là đường kính wafer lớn hơn, kim cương loại n, và chi phí sản xuất hàng loạt — nhưng từ năm 2026 đến 2030, từng câu hỏi một sẽ có lời giải đáp. Thảm họa tồi tệ nhất trong lịch sử Nhật Bản xảy ra ở Fukushima có thể trở thành điểm khởi đầu cho ngành xuất khẩu vĩ đại tiếp theo — và những năm tháng để kiểm chứng xem giả thuyết đó có thành hiện thực hay không đang bắt đầu ngay lúc này.