Les dispositifs de puissance en carbure de silicium jouent un r\u00f4le essentiel dans l'am\u00e9lioration de l'efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique des v\u00e9hicules \u00e9lectriques gr\u00e2ce \u00e0 leurs excellentes propri\u00e9t\u00e9s mat\u00e9rielles.<\/p>\n
Dans sa forme pure, le carbure de silicium se comporte comme un isolant ; cependant, lorsqu'il est dop\u00e9 avec des impuret\u00e9s (dopants), il peut se transformer en semi-conducteur \u00e9lectronique. Les dopants utilis\u00e9s \u00e0 cette fin comprennent l'azote ou le phosphore pour une utilisation de type n, tandis que l'aluminium, le bore ou le gallium peuvent le transformer en mat\u00e9riau semi-conducteur de type p.<\/p>\n
Les dispositifs semi-conducteurs en carbure de silicium sont de plus en plus consid\u00e9r\u00e9s comme un substitut appropri\u00e9 aux dispositifs en silicium dans les applications d'\u00e9lectronique de puissance impliquant des temp\u00e9ratures ou des tensions \u00e9lev\u00e9es, en particulier lorsque des tensions ou des temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es sont impliqu\u00e9es. Cela est d\u00fb \u00e0 l'intensit\u00e9 exceptionnellement \u00e9lev\u00e9e du champ \u00e9lectrique de rupture, qui signifie qu'ils peuvent supporter des flux de courant beaucoup plus importants que leurs homologues en silicium, tout en r\u00e9sistant \u00e0 une tension jusqu'\u00e0 10 fois sup\u00e9rieure \u00e0 celle des MOSFET, ce qui est id\u00e9al pour les circuits \u00e0 haute tension utilis\u00e9s dans les v\u00e9hicules \u00e9lectriques et les satellites.<\/p>\n
Les NTC se distinguent par leur plus grande bande interdite, qui est environ trois fois sup\u00e9rieure \u00e0 celle du silicium (1,1 eV), ce qui permet aux \u00e9lectrons d'entrer plus facilement dans la bande de conduction pour conduire l'\u00e9lectricit\u00e9 et rend les courants de fuite des jonctions moins probables - des attributs essentiels dans les dispositifs con\u00e7us pour fonctionner de mani\u00e8re fiable \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es.<\/p>\n
Le carbure de silicium se targue d'une tension de claquage plus \u00e9lev\u00e9e en raison de sa couche de d\u00e9pl\u00e9tion plus fine. Cela permet \u00e0 un plus grand nombre de porteurs libres de passer, ce qui augmente la densit\u00e9 du courant et permet d'avoir des transistors plus petits qui n\u00e9cessitent moins d'\u00e9nergie, ce qui augmente l'efficacit\u00e9 et diminue la production de chaleur.<\/p>\n
L'un des principaux inconv\u00e9nients de la technologie du carbure de silicium est son co\u00fbt relativement \u00e9lev\u00e9. Mais les chercheurs ont mis au point une technique peu co\u00fbteuse pour produire des interrupteurs de puissance en carbure de silicium qui rendent ce mat\u00e9riau viable dans les applications \u00e0 haute tension.<\/p>\n
Ils y sont parvenus en appliquant une nouvelle technique pour combiner des dispositifs unipolaires et bipolaires dans une m\u00eame structure - connue sous le nom de diodes pin-Schottky fusionn\u00e9es ou diodes MPS - ce qui leur a permis de comparer les caract\u00e9ristiques des jonctions \u00e9pitaxi\u00e9es et implant\u00e9es ; les diodes \u00e9pitaxi\u00e9es se sont r\u00e9v\u00e9l\u00e9es plus stables en raison de leur r\u00e9sistance au courant inverse plus \u00e9lev\u00e9e \u00e0 haute temp\u00e9rature (RDS(ON)).<\/p>\n
Le carbure de silicium pourrait bient\u00f4t \u00eatre plus largement utilis\u00e9 dans les applications d'\u00e9lectronique de puissance, ce qui serait b\u00e9n\u00e9fique \u00e0 la fois pour l'\u00e9conomie et pour l'environnement. Bien que le carbure de silicium soit d\u00e9j\u00e0 utilis\u00e9 dans certaines applications telles que les \u00e9metteurs de lumi\u00e8re LED et les d\u00e9tecteurs des premi\u00e8res radios, son vaste potentiel signifie qu'on pourrait bient\u00f4t le trouver partout, des v\u00e9hicules \u00e9lectriques terrestres aux instruments des rovers explorant V\u00e9nus ou aux sondes con\u00e7ues pour survivre \u00e0 ses temp\u00e9ratures extr\u00eames.<\/p>\n
Le carbure de silicium est un mat\u00e9riau extr\u00eamement dur et dense qui pr\u00e9sente plusieurs caract\u00e9ristiques contribuant \u00e0 son succ\u00e8s en tant qu'\u00e9l\u00e9ment des dispositifs semi-conducteurs. L'une de ces caract\u00e9ristiques est son champ \u00e9lectrique de claquage \u00e9lev\u00e9, qui permet aux dispositifs fabriqu\u00e9s avec ce mat\u00e9riau de tol\u00e9rer des densit\u00e9s de courant beaucoup plus \u00e9lev\u00e9es que celles qui seraient possibles avec des dispositifs en silicium, ce qui permet des applications \u00e0 haute puissance et des temps de commutation plus rapides pour des charges plus importantes. En outre, sa faible r\u00e9sistance \u00e0 l'enclenchement se traduit par une r\u00e9duction des pertes, ce qui est particuli\u00e8rement avantageux lors de la conception de convertisseurs de puissance ou d'autres dispositifs similaires.<\/p>\n
Les transistors en carbure de silicium pr\u00e9sentent des tensions de claquage \u00e9lev\u00e9es qui leur permettent de fonctionner \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es que les autres semi-conducteurs, ce qui les rend tr\u00e8s utiles dans les applications \u00e0 haute temp\u00e9rature telles que l'alimentation des v\u00e9hicules \u00e9lectriques ou l'\u00e9quipement utilis\u00e9 dans les missions spatiales. En contribuant \u00e0 r\u00e9duire la production de chaleur dans ces dispositifs, ils peuvent am\u00e9liorer l'efficacit\u00e9 tout en augmentant la fiabilit\u00e9.<\/p>\n
Le carbure de silicium est reconnu depuis longtemps comme un mat\u00e9riau semi-conducteur capable de conduire l'\u00e9lectricit\u00e9 lorsqu'il est dop\u00e9 avec certaines impuret\u00e9s, mais les dispositifs de qualit\u00e9 commerciale fabriqu\u00e9s \u00e0 partir de ce mat\u00e9riau n'ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9s que r\u00e9cemment en raison de la formation de sa cristallinit\u00e9 en plus de 150 polytypes, ce qui rend la croissance adapt\u00e9e \u00e0 la fabrication de dispositifs \u00e9lectroniques plus difficile qu'on ne l'avait pr\u00e9vu.<\/p>\n
Pour cr\u00e9er ces nouveaux semi-conducteurs de puissance, une technique de traitement unique a \u00e9t\u00e9 employ\u00e9e. Pour ce faire, on a utilis\u00e9 des faisceaux d'ions carbone suivis d'une oxydation thermique ou les deux processus en tandem afin de r\u00e9duire la densit\u00e9 des d\u00e9fauts de vacance du carbone.<\/p>\n
Les dispositifs SiC pr\u00e9sentent g\u00e9n\u00e9ralement une structure de transistor unipolaire avec une anode m\u00e9tallique ou une diode p+n mont\u00e9e sur sa couche sup\u00e9rieure et une couche n (r\u00e9gion de blocage de tension) connect\u00e9e \u00e0 un substrat \u00e0 faible r\u00e9sistance qui permet au courant de circuler lorsque les conditions de polarisation sont positives, tout en bloquant tout courant dans des conditions de polarisation n\u00e9gatives. Cette disposition permet au courant de passer en cas de polarisation positive, mais l'emp\u00eache totalement en cas de polarisation n\u00e9gative.<\/p>\n
Le carbure de silicium (SiC) est bien connu en tant que mat\u00e9riau abrasif et composant utilis\u00e9 dans les c\u00e9ramiques des gilets pare-balles, mais ses propri\u00e9t\u00e9s semi-conductrices en font \u00e9galement un rempla\u00e7ant potentiel des dispositifs \u00e0 base de silicium dans les applications d'\u00e9lectronique de puissance. Les dispositifs en carbure de silicium pr\u00e9sentent des capacit\u00e9s de tension de blocage \u00e9lev\u00e9es, des temps de commutation rapides et une faible r\u00e9sistance \u00e0 l'enclenchement qui contribuent \u00e0 r\u00e9duire les pertes lorsqu'ils sont utilis\u00e9s dans des applications telles que les onduleurs de traction des v\u00e9hicules \u00e9lectriques et les chargeurs embarqu\u00e9s.<\/p>\n
Les caract\u00e9ristiques \u00e9lectriques du carbure de silicium sont depuis longtemps reconnues comme sup\u00e9rieures \u00e0 celles des semi-conducteurs traditionnels \u00e0 base de silicium. En particulier, ce mat\u00e9riau \u00e0 large bande interdite pr\u00e9sente un point de fusion extr\u00eamement \u00e9lev\u00e9, une faible constante di\u00e9lectrique et une intensit\u00e9 de champ de claquage extr\u00eamement \u00e9lev\u00e9e, ainsi qu'une vitesse de d\u00e9rive des \u00e9lectrons satur\u00e9s et une conductivit\u00e9 thermique \u00e9lev\u00e9es, ce qui en fait un candidat de choix pour la production de dispositifs \u00e9lectroniques \u00e0 semi-conducteurs.<\/p>\n
Cependant, jusqu'\u00e0 r\u00e9cemment, les dispositifs de qualit\u00e9 commerciale fabriqu\u00e9s \u00e0 partir de carbure de silicium restaient un objectif insaisissable en raison de la grande diversit\u00e9 de ses polytypes ; la cr\u00e9ation de grands monocristaux et de films minces n\u00e9cessaires \u00e0 la fabrication de MOSFET s'est av\u00e9r\u00e9e extr\u00eamement difficile.<\/p>\n
Cree et d'autres entreprises ont pu r\u00e9aliser une perc\u00e9e dans la technologie du carbure de silicium avec l'introduction de l'injection de grille. Ce proc\u00e9d\u00e9 permet de piloter les dispositifs avec un courant de grille plus faible, r\u00e9duisant ainsi la d\u00e9pendance de la temp\u00e9rature de leur r\u00e9sistance \u00e0 l'\u00e9tat passant tout en am\u00e9liorant les performances.<\/p>\n
Ainsi, les MOSFET peuvent \u00eatre conduits en toute s\u00e9curit\u00e9 \u00e0 des tensions de fonctionnement plus \u00e9lev\u00e9es sans subir d'augmentation de la r\u00e9sistance \u00e0 l'\u00e9tat passant ou d'effets parasites tels que les fuites d'oxyde de grille - ce qui pr\u00e9sente des avantages significatifs par rapport aux IGBT et transistors bipolaires conventionnels, qui n\u00e9cessitent un d\u00e9classement lorsqu'ils sont conduits au-del\u00e0 de leurs valeurs nominales.<\/p>\n
UnitedSiC a rejoint la famille d'entreprises de Qorvo en novembre 2021, fournissant des FET en carbure de silicium \u00e0 faible r\u00e9sistance \u00e0 l'enclenchement de 750V\/6mOhm qui offrent des gains d'efficacit\u00e9 essentiels pour les applications de haute puissance telles que les onduleurs de traction des v\u00e9hicules \u00e9lectriques (EV), la conversion d'\u00e9nergie industrielle et les syst\u00e8mes d'\u00e9nergie renouvelable. Ces FET permettent aux concepteurs de r\u00e9duire la taille, le poids et la complexit\u00e9 des syst\u00e8mes tout en am\u00e9liorant la densit\u00e9 de puissance et la fiabilit\u00e9 - des caract\u00e9ristiques essentielles pour la conception.<\/p>\n
Le silicium est l'un des semi-conducteurs les plus utilis\u00e9s pour les appareils \u00e9lectroniques. Mais comme il approche de ses limites dans les applications \u00e0 haute puissance, deux dispositifs semi-conducteurs compos\u00e9s offrent des solutions : les transistors de puissance en nitrure de gallium (GaN) et en carbure de silicium (SiC). Chacun pr\u00e9sente des avantages uniques qui en font d'excellentes alternatives aux IGBT et aux MOSFET standard dans les circuits de conversion d'\u00e9nergie.<\/p>\n
Les semi-conducteurs compos\u00e9s pr\u00e9sentent des propri\u00e9t\u00e9s de large bande interdite qui leur permettent de fonctionner \u00e0 des temp\u00e9ratures beaucoup plus \u00e9lev\u00e9es que leurs homologues \u00e0 base de silicium. Le terme \"large\" fait r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 un \u00e9cart \u00e9nerg\u00e9tique entre les bandes de valence et de conduction, qui est environ trois fois plus large que l'\u00e9cart de 1,12eV du silicium, ce qui permet aux dispositifs dot\u00e9s de cet \u00e9cart plus large de supporter des tensions et des courants plus \u00e9lev\u00e9s sans probl\u00e8mes d'interf\u00e9rence d'activation thermique.<\/p>\n
Le GaN et le SiC peuvent fonctionner \u00e0 des fr\u00e9quences de commutation plus \u00e9lev\u00e9es, ce qui leur permet de r\u00e9duire les pertes de puissance et d'accro\u00eetre l'efficacit\u00e9 des circuits \u00e9lectroniques. Le GaN et le SiC pr\u00e9sentent \u00e9galement des niveaux de tol\u00e9rance \u00e0 la tension dix fois sup\u00e9rieurs \u00e0 ceux du silicium, ce qui les rend bien adapt\u00e9s \u00e0 des applications telles que les commutateurs unipolaires rapides.<\/p>\n
Ces semi-conducteurs b\u00e9n\u00e9ficient de bandes interdites plus larges qui permettent de fabriquer des plaquettes plus fines que les dispositifs traditionnels en silicium, ce qui entra\u00eene une r\u00e9sistance \u00e0 l'\u00e9tat passant plus faible et une augmentation du champ de claquage critique de leurs dispositifs. En outre, ce champ critique plus important permet \u00e0 des dispositifs de tension nominale \u00e9gale avec des dispositifs plus petits d'atteindre une tension nominale donn\u00e9e de mani\u00e8re plus rentable et de r\u00e9duire la taille des convertisseurs de puissance dans leur ensemble.<\/p>\n
L'augmentation de la demande de v\u00e9hicules \u00e9lectriques s'accompagne de la n\u00e9cessit\u00e9 de disposer de syst\u00e8mes \u00e9lectroniques de puissance fiables, capables de traiter et de convertir l'\u00e9nergie \u00e9lectrique en \u00e9nergie utilisable. Si les semi-conducteurs \u00e0 base de silicium ont leurs limites lorsqu'ils sont utilis\u00e9s comme composants de circuits de conversion d'\u00e9nergie, de nouveaux d\u00e9veloppements ont \u00e9largi les possibilit\u00e9s offertes par les semi-conducteurs \u00e0 large bande interdite.<\/p>\n
Ces nouvelles technologies rendent les syst\u00e8mes de conversion d'\u00e9nergie nettement plus petits et plus efficaces que jamais. Cree a r\u00e9cemment d\u00e9voil\u00e9 le premier module de puissance SiC MOSFET \u00e0 six packs dans un bo\u00eetier standard de 45 mm, r\u00e9duisant la perte de puissance de 75% tout en augmentant la densit\u00e9 de puissance de 50% et en r\u00e9duisant le co\u00fbt total du syst\u00e8me de 70%.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide power devices play an integral part in improving energy efficiency of electric vehicles due to their excellent material properties. Silicon carbide in its pure form behaves as an insulator; however, when doped with impurities (dopants), it can transform into an electronic semiconductor. Dopants for this use include nitrogen or phosphorous doping for n-type […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-563","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/563","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=563"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/563\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":564,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/563\/revisions\/564"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=563"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=563"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=563"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}