Les géants de la technologie comme Intel et Infineon ont dévoilé des avancées significatives dans la technologie du nitrure de gallium en 2024.
La technologie du nitrure de gallium (GaN) a progressivement gagné en popularité en tant qu’alternative au silicium dans les semi-conducteurs. La technologie GaN promet une efficacité supérieure, des conceptions compactes et des performances meilleures que celles des composants traditionnels à base de silicium. Les propriétés uniques du GaN en font un choix idéal pour répondre à la demande croissante de systèmes économes en énergie et hautes performances. Toutefois, la voie vers une adoption généralisée rencontre des défis, notamment la scalabilité, le coût et les limitations de fabrication liées à la taille des plaquettes plus petites.
La technologie GaN a fait des avancées significatives en 2024, et 2025 devrait être une année décisive. Les récentes avancées des principaux acteurs des semi-conducteurs pourraient enfin libérer tout son potentiel pour remodeler l’industrie.
Plaquette de GaN. Image utilisée avec la permission de Infineon
La technologie 300 mm d’Infineon
L’avantage technique clé du GaN par rapport au silicium réside dans sa bande interdite plus large (3,2 eV) par rapport au silicium (1,1 eV), ce qui lui confère des propriétés électriques supérieures adaptées aux applications haute puissance. En conséquence, les semi-conducteurs à base de GaN sont devenus essentiels dans les applications industrielles, automobile, informatique et grand public.
Fin 2024, Infineon a développé la première technologie mondiale de plaquettes de puissance GaN de 300 mm. La fabrication traditionnelle de GaN repose sur des plaquettes de 200 mm, ce qui limite l’efficacité de production et le rendement. Le passage à des plaquettes de 300 mm offre 2,3 fois plus de puces par plaquette, améliorant l’efficacité de fabrication et la rentabilité. De plus, l’architecture de la technologie GaN de 300 mm permet d’atteindre une parité de coûts avec le silicium pour des niveaux de résistance à l’état passant comparables.
Ingénieur avec plaquette de GaN de 300 mm. Image utilisée avec la permission de Infineon
Infineon a tiré parti de ses capacités de production de silicium de 300 mm existantes à Villach, en Autriche, pour intégrer la fabrication de GaN dans des processus établis. Infineon espère améliorer la scalabilité, garantir des chaînes d’approvisionnement stables et accélérer les délais de production pour les futures technologies GaN en utilisant des processus de fabrication compatibles.
Les avancées d’Intel dans la fabrication de GaN
Bien que les dispositifs GaN aient un avantage en performance par rapport au silicium, leur fabrication nécessite des techniques spécialement sophistiquées, ce qui augmente les coûts par rapport au processus de fabrication traditionnel du silicium. Intel a abordé ces défis en 2024 en démontrant la première technologie GaN haute performance de 300 mm de l’industrie lors de l’IEDM.
En utilisant des substrats GaN sur TRSOI (silicium sur isolant riche en pièges), Intel a développé des MOSHEMTs (transistors à haute mobilité électronique en métal-oxyde-semiconducteur) en mode d’amélioration, qui offrent des performances améliorées, une réduction de la perte de signal, une baisse du courant de fuite et une meilleure linéarité par rapport aux générations précédentes de dispositifs GaN.
En tirant parti des plaquettes de 300 mm, la technologie GaN d’Intel bénéficie des processus de fabrication de silicium en grande quantité existants, débloquant ainsi la scalabilité et l’efficacité des coûts. Parallèlement, l’architecture GaN sur TRSOI présente des avantages tels que la possibilité de mettre en œuvre des procédés avancés de traitement du substrat à l’arrière (c’est-à-dire, où le semi-conducteur est découpé de la plaquette et transformé en produit), des schémas d’intégration optimisés et des solutions avancées d’emballage dans le processus en arrière-plan.
Un avenir pour le GaN
Les avancées dans la technologie des plaquettes de GaN en 2024 reflètent les investissements massifs de l’industrie dans ce domaine. Avec une dynamique clairement en train de se construire, 2025 pourrait consacrer le GaN comme la solution incontournable pour les applications énergétiques de prochaine génération.