carbure de silicium SiCLe terme « dispositif » désigne un dispositif fabriqué à partir de carbure de silicium comme matière première.
En fonction de leurs différentes propriétés de résistance, on les divise en dispositifs de puissance conducteurs en carbure de silicium etcarbure de silicium semi-isoléDispositifs RF.
Principales formes et applications des dispositifs en carbure de silicium
Les principaux avantages du SiC par rapport àmatériaux Sisont:
Le SiC possède une bande interdite 3 fois supérieure à celle du Si, ce qui permet de réduire les fuites et d'augmenter la tolérance à la température.
Le SiC possède une rigidité diélectrique 10 fois supérieure à celle du Si, ce qui permet d'améliorer la densité de courant, la fréquence de fonctionnement, la capacité de tenue en tension et de réduire les pertes à l'arrêt, le rendant ainsi plus adapté aux applications haute tension.
Le SiC possède une vitesse de dérive de saturation électronique deux fois supérieure à celle du Si, ce qui lui permet de fonctionner à une fréquence plus élevée.
Le SiC possède une conductivité thermique trois fois supérieure à celle du Si, offre de meilleures performances de dissipation thermique, peut supporter une densité de puissance élevée et réduire les besoins en dissipation thermique, ce qui rend le dispositif plus léger.
Substrat conducteur
Substrat conducteur : en éliminant diverses impuretés du cristal, notamment les impuretés superficielles, afin d’atteindre la résistivité intrinsèquement élevée du cristal.
Conducteursubstrat en carbure de siliciumplaquette de SiC
Les dispositifs de puissance en carbure de silicium conducteur sont obtenus par la croissance d'une couche épitaxiale de carbure de silicium sur un substrat conducteur. Cette couche épitaxiale est ensuite traitée, notamment pour la production de diodes Schottky, de MOSFET, d'IGBT, etc. Ces dispositifs sont principalement utilisés dans les véhicules électriques, la production d'énergie photovoltaïque, le transport ferroviaire, les centres de données, les bornes de recharge et autres infrastructures. Leurs performances sont les suivantes :
Caractéristiques de haute pression améliorées. La rigidité diélectrique du carbure de silicium est plus de 10 fois supérieure à celle du silicium, ce qui confère aux dispositifs en carbure de silicium une résistance à la haute pression nettement supérieure à celle des dispositifs équivalents en silicium.
Meilleures caractéristiques à haute température. Le carbure de silicium possède une conductivité thermique supérieure à celle du silicium, ce qui facilite la dissipation de la chaleur et augmente la température limite de fonctionnement. Cette résistance aux hautes températures permet d'accroître significativement la densité de puissance tout en réduisant les exigences du système de refroidissement, ce qui rend le terminal plus léger et plus miniaturisé.
Consommation d'énergie réduite. ① Les dispositifs en carbure de silicium présentent une très faible résistance à l'état passant et de faibles pertes à l'état passant ; ③ Le courant de fuite des dispositifs en carbure de silicium est considérablement réduit par rapport à celui des dispositifs en silicium, ce qui réduit les pertes de puissance ; ③ Il n'y a pas de phénomène de traînée de courant lors de la coupure des dispositifs en carbure de silicium, et les pertes de commutation sont faibles, ce qui améliore considérablement la fréquence de commutation des applications pratiques.
Substrat SiC semi-isolé : le dopage à l’azote est utilisé pour contrôler avec précision la résistivité des produits conducteurs en calibrant la relation correspondante entre la concentration de dopage à l’azote, le taux de croissance et la résistivité du cristal.
Matériau de substrat semi-isolant de haute pureté
Les dispositifs RF à base de silicium et de carbone semi-isolés sont en outre fabriqués en faisant croître une couche épitaxiale de nitrure de gallium sur un substrat de carbure de silicium semi-isolé pour préparer une feuille épitaxiale de nitrure de silicium, y compris les HEMT et autres dispositifs RF en nitrure de gallium, principalement utilisés dans les communications 5G, les communications de véhicules, les applications de défense, la transmission de données et l'aérospatiale.
Le taux de dérive électronique saturé du carbure de silicium et du nitrure de gallium est respectivement 2,0 et 2,5 fois supérieur à celui du silicium. Par conséquent, la fréquence de fonctionnement des dispositifs en carbure de silicium et en nitrure de gallium est supérieure à celle des dispositifs traditionnels en silicium. Cependant, le nitrure de gallium présente l'inconvénient d'une faible résistance thermique, tandis que le carbure de silicium possède une bonne résistance thermique et une conductivité thermique élevée, ce qui compense la faible résistance thermique des dispositifs en nitrure de gallium. C'est pourquoi l'industrie utilise le carbure de silicium semi-isolant comme substrat, sur lequel une couche épitaxiale de GaN est déposée pour fabriquer des dispositifs RF.
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Date de publication : 16 juillet 2024