Le carbure de silicium cohérent (SiC) est un matériau miroir essentiel pour les télescopes astronomiques et l'électronique de puissance pour les véhicules électriques

Les propriétés de surface dures et rigides du carbure de silicium en font un excellent matériau pour les miroirs des télescopes astronomiques, et constituent également un élément clé de l'électronique de puissance des véhicules électriques terrestres et des sondes spatiales.

M. Khan note que DENSO et Mitsubishi Electric sont deux grandes entreprises de systèmes qui achètent activement des puces SiC au niveau du substrat et de l'épi.

Qu'est-ce que la cohérence ?

Le carbure de silicium, ainsi que des matériaux semi-conducteurs exotiques comme le nitrure de gallium et l'oxyde de gallium, ont récemment fait la une des journaux en raison de leur potentiel à remplacer le silicium traditionnel dans certaines applications telles que l'électronique de puissance pour les véhicules électriques. Cette tendance est stimulée par les opportunités lucratives offertes par les technologies vertes telles que les véhicules électriques, les panneaux solaires et les capteurs avancés qui doivent fonctionner dans des environnements difficiles.

Les entreprises qui souhaitent tirer parti de la demande croissante de dispositifs électroniques de puissance doivent avoir accès à de grandes quantités de plaquettes de carbure de silicium (SiC) de haute qualité. L'entreprise américaine Coherent, anciennement connue sous le nom de II-VI et qui fabrique aujourd'hui des lasers et des commutateurs pour circuits, entend tirer parti de cette tendance en créant une filiale consacrée exclusivement à la production de plaquettes de carbure de silicium.

Récemment, la société a annoncé qu'elle avait obtenu un investissement combiné de $1 milliard de la part des entreprises japonaises DENSO et Mitsubishi Electric pour son activité de semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC). Cet investissement accélérera les plans d'investissement dans les années à venir, car il permettra d'augmenter la capacité de production de substrats SiC de 150 mm et 200 mm et de plaquettes épitaxiales.

L'investissement de Coherent intervient à un moment où les estimations du marché indiquent que le marché total du SiC atteindra environ $21 milliards d'euros d'ici 2030, ce qui incite Coherent à développer ses activités de fabrication de substrats et de plaquettes épitaxiales fabriquées à partir de ce matériau pour répondre à cette demande croissante, tout en renforçant la position de leader mondial de Coherent dans la technologie SiC.

Les puces SiC ont suscité beaucoup d'intérêt en raison de leur efficacité supérieure, comme en témoigne le fait qu'elles ne perdent que la moitié de l'énergie en chaleur par rapport aux puces à base de silicium. Cela permet aux composants d'électronique de puissance de fonctionner à des températures plus basses tout en réduisant les coûts et le poids ; de plus, gaspiller moins de chaleur signifie que les batteries durent plus longtemps !

Un autre facteur est que les semi-conducteurs SiC sont fabriqués à partir d'un matériau plus solide et plus résistant à l'abrasion que le silicium, ce qui contribue à prolonger leur durée de vie. Pour ces raisons et d'autres encore, les fabricants d'électronique de puissance se sont empressés d'adopter le SiC. En conséquence, des entreprises telles que Wolfspeed ont annoncé à l'été 2018 qu'elles construisaient la plus grande usine de fabrication de SiC au monde, tandis qu'Infineon a annoncé des plans pour développer sa propre usine.

Applications

Le SiC est largement utilisé dans les applications électroniques à semi-conducteurs en raison de son excellente conductivité thermique, de sa dureté et de sa rigidité - des propriétés qui le rendent idéal pour les températures et les tensions élevées. La conductivité thermique supérieure du carbure de silicium permet des applications de conversion d'énergie de grande envergure, telles que les onduleurs et les chaînes cinématiques des véhicules électriques, ainsi que des systèmes de transmission d'énergie qui utilisent sa faible résistance électrique, ce qui permet de réduire les pertes de chaleur tout en améliorant l'efficacité. De même, la technologie SiC est utilisée par les observatoires spatiaux Herschel et Gaia en raison de son faible coefficient de dilatation thermique ; les miroirs en SiC peuvent même atteindre des dimensions de 3,5 mètres (11 pieds).

L'activité de carbure de silicium de Coherent a suscité l'intérêt de trois conglomérats japonais - Denso Corp, Hitachi Ltd et Mitsubishi Electric Corp - chaque conglomérat envisageant d'investir dans cette activité pour une valeur allant jusqu'à $5 milliards d'euros, selon une source au fait du dossier qui a demandé à ne pas être identifiée car l'affaire est considérée comme confidentielle.

Alors que la demande mondiale de véhicules électriques augmente, la demande de convertisseurs de puissance monte en flèche. Pour répondre à l'augmentation de l'autonomie, réduire les coûts des batteries et limiter efficacement les émissions, les convertisseurs de puissance à base de carbure de silicium (SiC) devraient être largement adoptés à partir de 2025 dans les véhicules électriques haut de gamme avant de se répandre dans les voitures et les applications d'alimentation industrielles.

Outre la production de substrats SiC, cette filiale s'est étendue à la production de dispositifs et de modules. M. Khan estime que la clé du succès réside dans la collaboration avec des entreprises de systèmes de premier plan telles que Mitsubishi Electric et Denso, afin de tirer le maximum d'enseignements de cette collaboration et d'améliorer ainsi les processus de production.

Cette entreprise cherche à produire des substrats SiC 4H de type n de 200 mm adaptés à la fabrication de MOSFET de puissance SiC à hautes performances, présentant une résistance à la tension et à la température, une fiabilité, des performances et une durée de vie supérieures à celles des puces en silicium traditionnelles. Les MOSFET SiC fournissent des systèmes d'électronique de puissance qui doivent fonctionner à des fréquences et des températures plus élevées, dans des gammes de puissance plus larges et à des coûts réduits - des solutions idéales qui contribuent à réduire les émissions de CO2 tout en accélérant la transition vers des solutions d'énergie propre.

Technologie

Le carbure de silicium (SiC) est un matériau cristallin extrêmement dur et cassant utilisé dans les dispositifs électroniques à semi-conducteurs qui fonctionnent à des températures ou des tensions élevées, et un excellent conducteur d'électricité à température ambiante. Le carbure de silicium peut supporter des températures ou des tensions extrêmement élevées et est un excellent conducteur d'électricité à température ambiante. Il trouve donc des applications dans les diodes électroluminescentes (DEL), les détecteurs des premières radios, les convertisseurs de puissance (comme ceux des véhicules électriques), les diodes électroluminescentes (DEL) et les convertisseurs de puissance des premières radios - tous les types d'applications se trouvant dans les dispositifs électroniques à semi-conducteurs utilisant le carbure de silicium. La moissanite naturelle n'est extraite qu'en quantités très limitées, tandis que la quasi-totalité du SiC vendu dans le commerce est fabriqué synthétiquement à partir de matières premières.

Les puces en carbure de silicium peuvent présenter plusieurs avantages par rapport à leurs homologues en silicium dans les applications d'électronique de puissance, notamment des températures de fonctionnement et des fréquences de commutation plus basses. Récemment, Coherent a fait la une des journaux pour avoir créé une filiale dédiée uniquement à la production de carbure de silicium, suivant les traces de Wolfspeed, qui a construit la plus grande usine de carbure de silicium d'Allemagne, et d'Infineon Technologies, qui fabrique des dispositifs à semi-conducteurs.

Les activités de Coherent dans le domaine du carbure de silicium ont connu une croissance exponentielle depuis leur création, avec la production de grandes plaquettes destinées à la fabrication de dispositifs de puissance à haute performance. Des lignes permettant de traiter des substrats d'un diamètre allant jusqu'à 200 mm ont été mises en place et des outils ont été qualifiés pour être utilisés au cours de ce processus. En outre, une filiale de fabrication de plaquettes épitaxiales sert également de point de départ à la fabrication d'une série de dispositifs semi-conducteurs de puissance.

Pour maximiser le rendement et réduire les coûts, la filiale a adopté le procédé Lely, dans lequel la poudre de carbure de silicium est sublimée en espèces de SiC à plus haute température, telles que le nitrure de silicium (SiN) et le dicarbure de silicium (Si2C). La méthode Lely permet la croissance de monocristaux d'une grande pureté, qui sont ensuite coupés pour créer des plaquettes épitaxiales individuelles. Ce procédé peut être plus coûteux que le dépôt chimique en phase vapeur, mais il est considéré comme essentiel pour produire des dispositifs semi-conducteurs en carbure de silicium fiables tout en réduisant les coûts.

La filiale a signé des accords de fourniture à long terme avec DENSO et Mitsubishi Electric, qui utilisent des substrats SiC et des plaquettes épitaxiales produits par notre filiale pour la fabrication de convertisseurs de puissance dans les voitures électriques. Dans le cadre de ces contrats, des substrats SiC de 150 mm et 200 mm seront achetés pour répondre à leurs besoins respectifs en matière d'électronique de puissance.

Tarification

Les actions de Coherent COHR, +4,52% ont bondi mardi suite à l'annonce que son activité de semi-conducteurs en carbure de silicium recevra $1 milliard des constructeurs automobiles japonais Denso 6902, -1,07% et Mitsubishi Electric 6503 -0,68% qui investiront chacun $500 millions pour des participations sans contrôle de 12,5% ; Coherent, basé à Pittsburgh, possède 75%.

L'investissement de Coherent permettra d'accélérer les plans d'expansion du capital et de conclure des accords d'approvisionnement à long terme. En outre, cette transaction permet à Coherent de devenir un acteur commercial qui s'engage avec ses clients à tous les niveaux de la chaîne de valeur, depuis la fabrication de substrats SiC et d'épiréacteurs jusqu'à la conception et la production de dispositifs et de modules. Sohail Khan, vice-président directeur pour les nouvelles entreprises et l'électronique à large bande, dirigera la nouvelle filiale en tant que PDG.

Grâce à cet investissement, le segment des communications de l'ancienne société Coherent a représenté environ 65% du chiffre d'affaires total au cours de l'exercice 2018 ; en raison de cet investissement, l'entreprise devrait atteindre un chiffre d'affaires de plus de $2 milliards et une marge bénéficiaire de plus de 15% d'ici l'exercice 2023, selon les notations de l'agence de notation Fitch. Cela représente une augmentation impressionnante par rapport à ses contributions d'environ $650 millions de revenus annuels au cours de l'exercice 2018.

Le carbure de silicium est un composé exotique que l'on ne trouve qu'en petites quantités dans certains gisements de météorites et de corindon, ainsi que dans la pierre précieuse qu'est la moissanite. En raison de ses propriétés particulières, le carbure de silicium est devenu un composant essentiel des applications électroniques à haute température et de l'électronique de puissance. Il est capable de résister à des températures et des tensions plus élevées que le silicium tout en conduisant l'électricité plus efficacement que l'aluminium ou l'acier. En outre, le carbure de silicium est considérablement plus léger et plus résistant que l'aluminium et l'acier.

Au cours des deux dernières années, Coherent a investi de manière significative dans ses activités afin d'accroître sa capacité et de soutenir son expansion continue, notamment en construisant une ligne de production de plaquettes de 300 mm et en investissant dans l'équipement de traitement des plaquettes épi et dans les capacités de recherche et de développement. Coherent fournit aujourd'hui des plaquettes de SiC de 200 et 400 mm de diamètre à divers clients dans le monde entier.

Fitch prévoit que la croissance de l'activité carbure de silicium, associée aux économies réalisées grâce à l'acquisition de Coherent, contribuera à compenser la faiblesse des autres segments, ce qui permettra à la couverture des intérêts par l'EBITDA de se rapprocher des niveaux habituels de "BB" au cours de la période de prévision.