Le matériel électronique destiné aux équipements tactiques, mobiles, aéroportés et déployés doit se concentrer sur l'amélioration de l'efficacité tout en réduisant simultanément la taille et le coût. Les plaquettes de SiC de grand diamètre jouent un rôle essentiel dans la réalisation de cet objectif.
Les principaux fabricants d'appareils augmentent leur production interne de plaquettes. STMicroelectronics exploite deux centres SiC de 150 mm à Catane et Ang Mo Kio (Singapour), ainsi qu'un centre de 200 mm avec Sanan Optoelectronics en Chine.
Haute efficacité
Les semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium (SiC) ont révolutionné les applications de haute puissance en commutant l'électricité de manière encore plus efficace et en permettant des conceptions plus petites, contribuant ainsi à améliorer l'efficacité des véhicules électriques, des stations de recharge rapide, des chemins de fer, des systèmes d'énergie renouvelable, des centres de données d'intelligence artificielle et des centres de données d'intelligence artificielle, parmi beaucoup d'autres.
Les dispositifs SiC se caractérisent par des coûts de système plus faibles, des températures de fonctionnement plus élevées, une taille et un poids réduits et des pertes de puissance moindres que leurs homologues en silicium. En outre, cette technologie permet d'obtenir des tensions de claquage plus élevées qui gèrent plus d'énergie avec des pertes réduites, ainsi que des fréquences de fonctionnement plus élevées.
La technologie Cold Split sera également employée dans cette usine, ce qui permet de minimiser les défauts sur les substrats et d'augmenter le rendement grâce à des processus de production plus propres et à une plus grande fiabilité. Dans sa première phase, l'usine créera 900 emplois à haute valeur ajoutée, tandis que son expansion comprendra une ligne de fabrication de semi-conducteursDans sa première phase, elle créera 900 emplois à haute valeur ajoutée, tandis que son expansion comprendra une ligne de 200 mm pour les semi-conducteurs de puissance SiC et le nitrure de gallium (GaN) épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie épitaxie : sa première phase permettra de créer 900 emplois à haute valeur ajoutée avec un meilleur rendement, ce qui se traduira par une plus grande fiabilité du rendement dans les processus de production avec un rendement amélioré. En outre, la technologie Cold Split utilisée pour réduire les défauts des substrats garantira un processus de fabrication plus propre et plus fiable avec un rendement plus élevé. Son expansion comprend une ligne de 200 millimètres dédiée uniquement à la production de semi-conducteurs de puissance SiC ainsi qu'à l'épitaxie du nitrure de gallium.
Les capacités de traitement SiC de 6 pouces de X-FAB offrent aux clients une plateforme pour les semi-conducteurs de puissance à haut rendement, tels que les MOSFET et les JFET, fonctionnant plus efficacement que leurs homologues en silicium à des tensions nettement plus élevées, tout en offrant une résistance de transistor plus faible, des pertes de transmission réduites, un fonctionnement à haute température prolongé avec une conductivité thermique accrue, des réductions de capacité parasite, des empreintes plus petites, un poids plus faible et une densité de puissance plus élevée pour les applications automobiles, ferroviaires, industrielles et d'énergie renouvelable.
Stabilité élevée
Le SiC se distingue par sa large bande interdite, qui permet aux dispositifs de fonctionner à des tensions, des températures et des fréquences plus élevées que celles traditionnellement disponibles pour la technologie du silicium - ce qui se traduit par des gains d'efficacité significatifs dans les applications où les dispositifs doivent fonctionner dans des conditions environnementales plus sévères que celles qui entraveraient leur fonctionnement.
La grande stabilité du SiC provient de ses fortes liaisons covalentes qui forment une structure cristalline extrêmement rigide, créant un matériau très résistant aux températures élevées et aux niveaux d'humidité - idéal pour les environnements difficiles tels que l'automobile et l'aérospatiale.
Les dispositifs SiC doivent disposer d'un moyen efficace de dissiper la chaleur, faute de quoi leur densité de puissance élevée pourrait entraîner une surchauffe et une défaillance prématurée du dispositif. Les matériaux en nitrure d'aluminium assurent une dissipation efficace de la chaleur grâce à leurs propriétés de conductivité thermique qui garantissent une dispersion efficace de la chaleur.
À mesure que le marché des dispositifs SiC se développe, de plus en plus d'entreprises se tournent vers leur production - y compris les usines IDM existantes qui peuvent avoir la capacité de passer de la production d'autres types de semi-conducteurs à la production de produits SiC.
Pour réussir dans ce domaine, il faut trouver un approvisionnement abordable en substrats SiC. Si le SiC peut être plus coûteux que le silicium, l'acquisition de matières premières peut s'avérer difficile pour certains fournisseurs. Une solution pourrait consister à s'associer à un fournisseur qui possède sa propre usine de fabrication de SiC - cela permet de coupler étroitement la conception et le processus, ce qui permet aux entreprises d'optimiser la production sous un même toit.
Fiabilité
La fiabilité à long terme des dispositifs en SiC est encore en cours de développement. Bien que de nombreuses structures de dispositifs aient été démontrées, leur fiabilité dans des conditions difficiles reste relativement peu testée ; par exemple, l'oxyde de la grille d'un MOSFET n'a survécu que 1 000 s sous des champs électriques de 6 MV/cm ; les progrès de la technologie de traitement et une meilleure compréhension des caractéristiques intrinsèques du SiC devraient conduire à des améliorations au fil du temps.
La conductivité thermique élevée du SiC permet également d'extraire rapidement la chaleur dissipée des dispositifs, ce qui se traduit par une alimentation électrique plus importante pour une température donnée, augmentant ainsi l'efficacité et réduisant les coûts d'exploitation.
Les dispositifs SiC sont depuis longtemps reconnus pour leur excellente qualité ; cependant, leur mise à l'échelle reste un défi en raison des coûts d'équipement élevés associés à la construction d'une usine de fabrication de plaquettes de 200 mm capable de produire ces dispositifs à des volumes de production inférieurs.
Wolfspeed est le seul fabricant de SiC intégré verticalement, de la culture des boules à l'emballage des matrices. En tant que seul producteur verticalement intégré avec plus de 30 ans d'histoire avec ce matériau - y compris la production du premier MOSFET SiC au monde en 1987 et aujourd'hui une installation entièrement dédiée à la qualité, à la fiabilité et à la sécurité - Wolfspeed est prêt à répondre à ces préoccupations. Son engagement est attesté par plus de 6 billions d'heures de fonctionnement, des études d'usure approfondies réalisées sur de nombreuses années, ainsi que des taux d'erreur faibles qui garantissent la fiabilité des applications industrielles et automobiles d'aujourd'hui et de demain.
Réduction des coûts
Les puces en carbure de silicium (SiC) sont devenues un atout inestimable pour les industries qui dépendent des systèmes à haute tension, notamment les véhicules électriques, les sources d'énergie renouvelables, les infrastructures de recharge rapide et les applications militaires et aérospatiales qui ne peuvent pas se permettre de pannes. Le SiC permet de réduire considérablement les fuites de courant électrique par rapport aux semi-conducteurs en silicium conventionnels pour les applications d'électronique de puissance, ce qui se traduit par des gains d'efficacité opérationnelle significatifs.
La fabrication des puces SiC nécessite beaucoup moins d'électricité que celle de leurs homologues en silicium, ce qui en fait une technologie véritablement verte. En outre, les gains d'efficacité des systèmes résultant de l'utilisation des dispositifs SiC pendant leur durée de vie compensent largement l'investissement énergétique initial nécessaire à la culture et au traitement du matériau SiC initial.
Les dispositifs SiC coûtent beaucoup moins cher à produire que leurs homologues en silicium, ce qui contribue à leur adoption et facilite la différenciation des produits. Bien que la production se heurte encore à plusieurs obstacles, les faibles coûts de production ont contribué à stimuler son acceptation par les fabricants.
Wolfspeed a récemment dévoilé une expansion de sa capacité interne pour répondre à la demande, comme sa ligne de 300 mm. D'autres fabricants de circuits intégrés s'associent à des fonderies pour exploiter ce marché, comme le nouveau campus SiC de STMicroelectronics à Catane.
L'usine de Microchip à Colorado Springs réalise des investissements pour passer à une ligne de production de 200 mm ; toutefois, l'entreprise ne procédera à ce changement que lorsqu'il sera économiquement rentable ; par conséquent, les plaquettes de 150 mm pourraient rester la norme pendant un certain temps, ce qui permettrait aux fabricants de maintenir les coûts à un niveau bas pour leurs clients.
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