Les substrats et produits SiC ont montré des performances extraordinaires en 2024. La tendance se poursuivra-t-elle en 2025 ?
Alors que des technologies émergentes telles que les véhicules électriques, les systèmes d’énergie renouvelable et l’informatique haute performance poussent les technologies silicium conventionnelles à leurs limites, la science des matériaux évolue pour répondre à de nouvelles exigences de performance. Les technologies des semiconducteurs de puissance sont sous pression pour fournir des opérations à des voltages plus élevés, une gestion thermique améliorée et une efficacité énergétique accrue dans des applications diverses et exigeantes.
En 2024, l’électronique de puissance SiC a connu de nombreux développements majeurs. Cette tendance se poursuivra en 2025.
Dispositif SiC utilisé en informatique quantique. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Argonne National Laboratory/David Awschalom
Substrats SiC conçus par Soitec
Dans l’industrie de l’électronique, les dispositifs de commutation tels que les MOSFET, IGBT et diodes Schottky sont au cœur des applications de convertisseurs de puissance. Grâce à une meilleure gestion de la tension, de l’efficacité et des tolérances de température de fonctionnement, les dispositifs basés sur le SiC deviennent rapidement le choix principal pour ces applications. Cependant, leur adoption généralisée est limitée par des coûts élevés et des défis de production. Pour surmonter cela, Soitec a présenté ses nouveaux substrats SiC lors de l’APEC 2024.
Technologie Smart Cut de Soitec. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Soitec
Les nouveaux substrats s’appuient sur la technique Smart Cut de Soitec, qui consiste à coller une fine plaquette donneuse réutilisable sur une plaquette porteuse poly-SiC (pSiC) fortement dopée afin de former une couche de SiC de haute qualité pour la fabrication de dispositifs. Les avantages de SmartSiC incluent une réduction des émissions de dioxyde de carbone — jusqu’à quatre fois par rapport aux méthodes traditionnelles — en réutilisant les plaquettes donneuses et en utilisant un dépôt chimique en phase vapeur à faible énergie pour la production de pSiC. Le substrat pSiC offre également une résistance considérablement plus faible (2 mΩ-cm contre 15 à 20 mΩ-cm dans les substrats traditionnels), réduisant ainsi la résistance globale du dispositif et améliorant les performances des MOSFET de puissance et des diodes. De plus, il élimine le besoin de recuit au laser dans le processus de contact arrière, simplifie la fabrication et améliore la planéité et le gauchissement, contribuant ainsi à des rendements et une fiabilité accrus.
Le spectacle SiC de SiCC
Lors de l’electronica 2024, SICC a présenté des solutions SiC avancées ainsi que quelques premières sur le marché.
Les semiconducteurs reposent sur un réseau cristallin hautement ordonné pour faciliter le mouvement contrôlé des électrons. L’arrangement atomique périodique crée une structure de bande électronique, définissant finalement des propriétés telles que la bande interdite, la mobilité des porteurs et la conductivité. Dans ce cadre, la pureté et l’intégrité structurelle du cristal sont essentielles pour un transport de charge efficace. Les défauts cristallins dans les semiconducteurs sont des écarts par rapport à un réseau parfait, affectant les propriétés électriques, thermiques et mécaniques.
Pour répondre à cette préoccupation concernant le SiC, SICC a développé des substrats de 150 mm et 200 mm présentant une désintégration en spirale quasi nulle et des densités minimales de désintégration du plan basal, ce qui améliore considérablement les rendements des dispositifs. De plus, SICC a démontré le premier substrat SiC de type N de 300 mm, le plus grand jamais montré dans le domaine des semiconducteurs composés.
Désintégration en vis dans les cristaux SiC. Image fournie par Kawanishi et al.
SICC a annoncé avoir atteint une densité de micropipes nulle (MPD) dans ses substrats semi-isolants. Grâce à des processus de croissance cristalline méticuleux, ce MPD nul aide à optimiser leurs solutions SiC pour les dispositifs RF haute fréquence.
Avenir du SiC
Le SiC est en passe de répondre aux demandes pressantes d’électronique haute performance et durable, et 2025 pourrait devenir une année marquante pour son adoption. Alors que des industries telles que les véhicules électriques, l’énergie renouvelable et les systèmes de puissance avancés nécessitent des matériaux au-delà des capacités du silicium, les avancées du SiC en matière de contrôle des défauts, de substrats plus grands et de fabrication évolutive peuvent aider à amorcer une nouvelle ère d’efficacité et de fiabilité.