Les modules en carbure de silicium (SiC) sont considérés comme essentiels pour améliorer l’efficacité des systèmes de transmission des véhicules électriques. Le passage significatif des dispositifs à base de silicium aux dispositifs en carbure de silicium contribuera grandement à augmenter la densité de puissance dans les systèmes électriques tout en réduisant la taille, le poids et, surtout, le coût des véhicules électriques. En effet, même si les semi-conducteurs de puissance à base de silicium sont encore en cours d'optimisation, ils ont atteint leurs limites opérationnelles en termes de pertes de conduction et de commutation. Le carbure de silicium, avec sa bande interdite plus large (3.26 eV par rapport à 1.12 eV pour le silicium), peut réduire ces pertes et offrir d'excellentes performances à haute température et haute fréquence.

De nombreux fabricants de puces SiC ont déjà transformé leurs lignes de production de silicium de 150 mm en fabrication de SiC. Veliadis a déclaré : « Jusqu'à présent, l'approche très réussie a consisté à traiter le carbure de silicium dans des usines de silicium matures et entièrement amorties, avec un investissement en capital d'environ 30 millions de dollars, générant d'énormes retours. » Le coût est particulièrement important pour les modules de puissance. "En utilisant du carbure de silicium, vous paierez environ trois fois le coût des puces semi-conductrices, mais le coût global du système finit par être inférieur à celui des modules de puissance en silicium, ce qui va à l'encontre de l'intuition. Mais la réponse est simple. La capacité de fonctionner efficacement à hautes fréquences réduit considérablement le volume de composants magnétiques et passifs, compensant ainsi le coût plus élevé de fabrication des puces.

Cependant, il ne reste plus aucune vieille usine qui puisse se permettre une rénovation de 30 millions de dollars dans cette industrie. De nouvelles usines de plaquettes de carbure de silicium sont rapidement en construction. Pendant ce temps, les entreprises qui ne fabriquent pas de plaquettes se disputent la capacité.

« Nous avons deux marchés concurrents : l'automobile et les énergies renouvelables, tous deux en quête de capacité », a déclaré Ralf Bornefeld, vice-président senior de Bosch Power Semiconductors and Modules. « La pandémie de COVID-19 nous a appris qu'un marché concurrent peut en bloquer un autre ; nous devons donc en tenir compte. » Bosch produit actuellement des modules MOSFET SiC de troisième génération avec une tension de claquage de 1,200 XNUMX V.

Les dispositifs SiC sont particulièrement adaptés à l'automobile, car ils peuvent fonctionner à des températures plus élevées dans des environnements difficiles, offrant ainsi une densité de puissance élevée. Les dispositifs de puissance SiC présentent des pertes de commutation extrêmement faibles et une résistance RDSon (résistance entre la source et le drain en fonctionnement) extrêmement faible. Cette résistance RDSon plus faible est corrélée à des pertes de puissance plus faibles dans les MOSFET.

La capacité de l'appareil commence avec les matériaux SiC. "La qualité du cristal est le facteur clé que tous les acteurs ont abordé au cours des 20 dernières années, mais il existe encore des dislocations du plan basal, des défauts d'empilement, etc. dans le cristal qui doivent être conçus pour fabriquer 20, 30 et Des appareils de 40 millimètres carrés", a déclaré Christophe Maleville, vice-président senior de SOITEC Innovation. « Lorsque nous sommes entrés dans le domaine du carbure de silicium il y a quatre ans, ce que nous avons remarqué pour la première fois, c'est qu'il existait une variabilité d'un lingot à l'autre et d'une tranche à l'autre, avec laquelle les ingénieurs doivent généralement ajuster et valider l'épitaxie. Ainsi, sa mise en œuvre dans la fabrication n'est pas encore maigre."

En termes d'aspects électriques, les appareils électriques peuvent être sensibles aux inductances parasites, aux étincelles et à d'autres défis. Contrairement aux usines analogiques à signaux mixtes où la réduction fait défaut, les paramètres sont la priorité principale et les ingénieurs électriciens doivent gérer les variations.

"Dans le passé, les produits (analogiques) manquaient de rétrécissement. Mais ils disposent désormais de processus matures pour les défauts", a déclaré Dieter Rathei, PDG de DR Yield. "À mesure que les semi-conducteurs composés comme le carbure de silicium, le nitrure de gallium et l'arséniure de gallium se généralisent et se développent plus rapidement, les problèmes de rendement paramétrique vont s'améliorer."