Le carbure de silicium (SiC) est un compos\u00e9 synth\u00e9tique exceptionnellement dur de silicium et de carbone qui est utilis\u00e9 pour produire du papier de verre, des meules et des outils de coupe, ainsi que des rev\u00eatements pour les fours industriels, en tant que mat\u00e9riau r\u00e9fractaire ou \u00e9l\u00e9ment chauffant.<\/p>\n
Le SiC peut \u00eatre transform\u00e9 en semi-conducteur par l'ajout de diverses impuret\u00e9s qui permettent \u00e0 l'\u00e9lectricit\u00e9 de le traverser, ce qui le rend adapt\u00e9 aux applications n\u00e9cessitant \u00e0 la fois des temp\u00e9ratures et des niveaux de puissance \u00e9lev\u00e9s. Cette propri\u00e9t\u00e9 fait du SiC un mat\u00e9riau prometteur.<\/p>\n
Le carbure de silicium \u00e0 haute temp\u00e9rature (SiC) est un mat\u00e9riau id\u00e9al pour cr\u00e9er des composants \u00e9lectroniques flexibles con\u00e7us pour r\u00e9sister \u00e0 des environnements difficiles et toxiques, gr\u00e2ce \u00e0 ses propri\u00e9t\u00e9s physiques sup\u00e9rieures \u00e0 celles des plates-formes rigides, notamment l'extensibilit\u00e9 et la pliabilit\u00e9. En outre, le SiC offre une excellente r\u00e9sistance \u00e0 l'oxydation ainsi qu'un point de fusion \u00e9lev\u00e9, ce qui le rend appropri\u00e9 pour les \u00e9changeurs de chaleur compacts \u00e0 haute temp\u00e9rature. Dans cette th\u00e8se, nous d\u00e9crivons une m\u00e9thode de fabrication de capteurs flexibles \u00e0 base de SiC sur des substrats de polyimide adapt\u00e9s aux environnements hostiles.<\/p>\n
Le SiC s'est r\u00e9v\u00e9l\u00e9 tr\u00e8s prometteur en tant que semi-conducteur \u00e0 large bande interdite, offrant des tensions de claquage plus \u00e9lev\u00e9es que ses homologues en silicium, tout en pr\u00e9sentant une r\u00e9sistance \u00e0 l'usure et des temp\u00e9ratures de fonctionnement plus faibles. Sa large bande interdite lui permet de fonctionner \u00e0 des temp\u00e9ratures plus \u00e9lev\u00e9es.<\/p>\n
L'excellente conductivit\u00e9 thermique du carbure de silicium en fait un excellent choix pour les applications o\u00f9 les dispositifs doivent supporter des temp\u00e9ratures extr\u00eames et des \u00e9chauffements r\u00e9p\u00e9t\u00e9s, comme les v\u00e9hicules \u00e9lectriques. Cette technologie permet des temps de charge rapides tout en minimisant le nombre de composants et la perte globale du syst\u00e8me ; en outre, elle acc\u00e9l\u00e8re les temps de charge de la batterie de z\u00e9ro \u00e0 la pleine capacit\u00e9, ce qui est vital pour son adoption et sa mise en \u0153uvre.<\/p>\n
Les r\u00e9cents progr\u00e8s r\u00e9alis\u00e9s dans le domaine des circuits int\u00e9gr\u00e9s et des convertisseurs de puissance \u00e0 base de SiC ont permis d'atteindre des temp\u00e9ratures de fonctionnement plus \u00e9lev\u00e9es. Toutefois, plusieurs d\u00e9fis techniques doivent encore \u00eatre relev\u00e9s pour r\u00e9aliser de nouvelles avanc\u00e9es, notamment en ce qui concerne l'entra\u00eenement de la grille, la mesure du courant, l'adaptation des param\u00e8tres entre les dispositifs, la technologie de conditionnement pour s'adapter aux conditions de temp\u00e9rature de fonctionnement \u00e9lev\u00e9es, le conditionnement adapt\u00e9 aux temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9es, etc. Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs d\u00e9veloppent des mat\u00e9riaux et des technologies adapt\u00e9s aux environnements \u00e0 haute temp\u00e9rature, notamment le frittage, le collage par r\u00e9action et la croissance cristalline, ainsi que la production par CVD de SiC en vrac pour la fabrication \u00e0 l'\u00e9chelle de la plaquette.<\/p>\n
Les dispositifs de puissance en carbure de silicium r\u00e9volutionnent notre conception de l'\u00e9lectricit\u00e9. Par rapport \u00e0 leurs pr\u00e9d\u00e9cesseurs en silicium (Si), cette nouvelle technologie SiC offre des temp\u00e9ratures de fonctionnement plus \u00e9lev\u00e9es, des pertes de commutation plus faibles, des capacit\u00e9s de courant et de tension plus importantes, ainsi qu'une r\u00e9duction de la taille et du poids des composants, ce qui se traduit par une baisse spectaculaire des co\u00fbts des syst\u00e8mes.<\/p>\n
Le SiC est un mat\u00e9riau exceptionnel dont les propri\u00e9t\u00e9s uniques en font le successeur id\u00e9al du silicium pour les applications \u00e0 haute tension et \u00e0 courant \u00e9lev\u00e9. Compos\u00e9 de silicium (Si) et de carbone (C), le SiC pr\u00e9sente une intensit\u00e9 de champ \u00e9lectrique de rupture 10 fois sup\u00e9rieure et une bande interdite 3 fois plus grande que le silicium conventionnel, ce qui le rend appropri\u00e9 pour le dopage des impuret\u00e9s de type p et de type n, rendant possible une gamme de technologies de dispositifs de puissance tels que les diodes Schottky et les MOSFET dans des bo\u00eetiers discrets ou modulaires.<\/p>\n
Dans une tour cellulaire, la tension de claquage \u00e9lev\u00e9e du SiC alimente les amplificateurs RF utilis\u00e9s pour transmettre les signaux sans fil entre les stations de base mobiles et les \u00e9metteurs-r\u00e9cepteurs de base. En outre, cette technologie est mise en \u0153uvre dans les syst\u00e8mes d'alimentation des v\u00e9hicules \u00e9lectriques (VE), o\u00f9 elle s'est av\u00e9r\u00e9e b\u00e9n\u00e9fique pour les distances de conduite plus longues, ainsi que pour une meilleure conservation de l'\u00e9nergie gr\u00e2ce \u00e0 des syst\u00e8mes de gestion de la batterie et \u00e0 des onduleurs dot\u00e9s de fonctions de conservation de l'\u00e9nergie plus performantes.<\/p>\n
Les IDM et FET \u00e0 base de carbure de silicium pr\u00e9sentent une r\u00e9sistance \u00e0 l'allumage plus faible que les IGBT \u00e0 base de silicium, tout en offrant une tension de tenue 300 fois sup\u00e9rieure et un fonctionnement plus rapide, ce qui permet des fr\u00e9quences de commutation plus \u00e9lev\u00e9es avec des co\u00fbts de refroidissement r\u00e9duits, ainsi que des composants passifs plus petits et une magn\u00e9tisation plus simple. En outre, la conductivit\u00e9 thermique sup\u00e9rieure du carbure de silicium permet d'obtenir des convertisseurs de puissance plus compacts qui peuvent \u00eatre mont\u00e9s sur des dissipateurs thermiques plus petits afin de r\u00e9duire encore la taille, le poids et les co\u00fbts du syst\u00e8me.<\/p>\n
Les semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC) offrent des avantages significatifs par rapport aux technologies standard au silicium dans les applications de conversion d'\u00e9nergie, en particulier en ce qui concerne les champs \u00e9lectriques et les temp\u00e9ratures. Le carbure de silicium peut supporter des champs \u00e9lectriques plus importants tout en restant \u00e0 des temp\u00e9ratures plus basses, ce qui signifie des performances am\u00e9lior\u00e9es \u00e0 des co\u00fbts moindres en termes d'espace physique occup\u00e9 ou de co\u00fbts pay\u00e9s ; cet avantage rend ces semi-conducteurs particuli\u00e8rement adapt\u00e9s aux infrastructures cl\u00e9s telles que les infrastructures de recharge des v\u00e9hicules \u00e9lectriques.<\/p>\n
Les dispositifs de puissance en SiC ont la capacit\u00e9 de supporter un champ \u00e9lectrique critique 10 fois plus \u00e9lev\u00e9 que les dispositifs en silicium, ce qui en fait une excellente solution pour les applications de puissance \u00e0 haute tension. En outre, leurs pertes par conduction sont beaucoup plus faibles, ce qui permet des fr\u00e9quences de commutation plus rapides et une plus grande efficacit\u00e9.<\/p>\n
Ces caract\u00e9ristiques rendent ces composants parfaits pour les applications dans le secteur de l'\u00e9nergie, y compris les convertisseurs de puissance et les commandes de moteur. Leur construction \u00e0 la fois l\u00e9g\u00e8re et efficace permet aux concepteurs de r\u00e9duire le poids et la taille des composants tels que les aimants et les inductances afin de r\u00e9duire les co\u00fbts de conception tout en respectant les sp\u00e9cifications de niveau de tension.<\/p>\n
Les dispositifs de puissance SiC pr\u00e9sentent l'avantage d'avoir une tension de claquage plus \u00e9lev\u00e9e, ce qui leur permet de supporter des tensions plus \u00e9lev\u00e9es que les dispositifs au silicium standard et de convenir aux syst\u00e8mes aliment\u00e9s par batterie o\u00f9 les commutateurs de puissance doivent g\u00e9rer efficacement les courants et les temp\u00e9ratures \u00e9lev\u00e9s.<\/p>\n
Les dispositifs de puissance classiques en Si pr\u00e9sentent une r\u00e9sistance extr\u00eamement \u00e9lev\u00e9e de la couche n lorsque la tension de claquage d\u00e9passe 600-800 V. Pour surmonter cette limite, l'injection de porteurs minoritaires \u00e0 partir de la r\u00e9gion p peut contribuer \u00e0 abaisser cette r\u00e9sistance en cr\u00e9ant des jonctions pn abruptes - cette forme de dispositif est connue sous le nom de transistor bipolaire.<\/p>\n
Mitsubishi Electric a r\u00e9cemment d\u00e9voil\u00e9 une s\u00e9rie d'IGBT haute tension en carbure de silicium (SiC) sp\u00e9cialement con\u00e7us pour les applications industrielles. Ces nouveaux dispositifs peuvent remplacer les dispositifs au silicium standard dans les syst\u00e8mes de conversion d'\u00e9nergie afin de r\u00e9aliser d'importantes \u00e9conomies d'\u00e9nergie tout en am\u00e9liorant la fiabilit\u00e9 des r\u00e9seaux de transmission de courant continu \u00e0 haute tension.<\/p>\n
Les semi-conducteurs de puissance haute fr\u00e9quence en carbure de silicium (SiC) permettent aux convertisseurs de puissance de fonctionner plus rapidement, plus efficacement et de mani\u00e8re plus fiable - des facteurs technologiques cl\u00e9s dans de nombreuses applications transformatrices telles que les stations de recharge pour v\u00e9hicules \u00e9lectriques, l'alimentation des centres de donn\u00e9es et l'alimentation des serveurs. En outre, ses propri\u00e9t\u00e9s thermiques sup\u00e9rieures font du carbure de silicium un excellent choix pour les environnements \u00e0 haute temp\u00e9rature.<\/p>\n
Le SiC est unique parmi les semi-conducteurs car son \u00e9cart \u00e9nerg\u00e9tique est trois fois plus grand que celui du silicium, ce qui lui permet de supporter des temp\u00e9ratures, des tensions et des fr\u00e9quences beaucoup plus \u00e9lev\u00e9es sans se d\u00e9grader au fil du temps. Cela permet aux concepteurs de r\u00e9duire la taille des cartes tout en \u00e9liminant compl\u00e8tement les composants magn\u00e9tiques co\u00fbteux.<\/p>\n
Les semi-conducteurs \u00e0 large bande interdite (WBG) \u00e0 haute vitesse pr\u00e9sentent des d\u00e9fis uniques en ce qui concerne les vitesses de commutation ; leur commutation rapide peut entra\u00eener des pics de tension, du bruit et une non-conformit\u00e9 avec les r\u00e9glementations sur les interf\u00e9rences \u00e9lectromagn\u00e9tiques (EMI). Pour minimiser ces probl\u00e8mes, les ing\u00e9nieurs doivent concevoir et tester leurs syst\u00e8mes \u00e0 l'aide d'outils et de m\u00e9thodologies de mesure de pr\u00e9cision et incorporer les meilleures pratiques qui minimisent les risques de voir ces probl\u00e8mes appara\u00eetre pendant le d\u00e9veloppement du prototype, la qualification du produit ou m\u00eame pire sur le terrain.<\/p>\n
R\u00e9cemment, des r\u00e9ductions significatives de la surface des composants SiC leur ont permis de fonctionner \u00e0 des fr\u00e9quences plus \u00e9lev\u00e9es que les puces conventionnelles \u00e0 base de silicium, ce qui leur a permis d'obtenir de bons r\u00e9sultats dans des applications de puissance cl\u00e9s telles que le TPPFC \u00e0 100 kHz et la commutation douce LLC \u00e0 200-300 kHz. Les technologies \u00e9mergentes telles que les MOSFET en tranch\u00e9e et en cascade augmenteront encore les performances dans les applications \u00e0 haute fr\u00e9quence.<\/p>\n
La famille GeneSiC de Navitas, compos\u00e9e de dispositifs SiC prot\u00e9g\u00e9s par des brevets, permet une conversion d'\u00e9nergie rapide et efficace pour des applications allant de 20 W \u00e0 20 MW, de 20 W \u00e0 6,5 kV de tension nominale, offrant une conductivit\u00e9, une commutation, une force de champ \u00e9lectrique et une r\u00e9sistance au champ \u00e9lectrique exceptionnelles, permettant aux concepteurs de mettre en \u0153uvre facilement des topologies de conversion d'\u00e9nergie moyenne tension de pointe telles que des convertisseurs \u00e0 deux niveaux ou des transformateurs \u00e0 l'\u00e9tat solide.<\/p>\n
Les dispositifs de puissance en carbure de silicium r\u00e9volutionnent la fa\u00e7on dont l'\u00e9lectricit\u00e9 est transform\u00e9e, contr\u00f4l\u00e9e et distribu\u00e9e. Offrant de nombreux avantages par rapport \u00e0 leurs homologues en silicium, les semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium permettent de cr\u00e9er des syst\u00e8mes plus petits et plus l\u00e9gers, plus efficaces et plus fiables - parfaits pour les v\u00e9hicules \u00e9lectriques ou les chargeurs de batterie ; les applications industrielles comprennent les robots ou l'automatisation des usines.<\/p>\n
Le SiC est id\u00e9al pour les concepteurs de syst\u00e8mes qui recherchent des gains d'efficacit\u00e9 gr\u00e2ce \u00e0 sa tension de claquage et \u00e0 ses vitesses de commutation plus \u00e9lev\u00e9es, ce qui le rend parfait pour les applications \u00e0 grande vitesse telles que la technologie mobile 5G, qui n\u00e9cessite du mat\u00e9riel avec des d\u00e9bits de donn\u00e9es 20 fois plus rapides que la 4G LTE. En outre, les dispositifs SiC pr\u00e9sentent une conductivit\u00e9 et une fiabilit\u00e9 sup\u00e9rieures \u00e0 celles des semi-conducteurs de puissance traditionnels \u00e0 base de silicium.<\/p>\n
La large bande interdite du carbure de silicium permet \u00e0 l'\u00e9lectronique de fonctionner \u00e0 des temp\u00e9ratures, des tensions et des fr\u00e9quences beaucoup plus \u00e9lev\u00e9es - caract\u00e9ristiques essentielles du fonctionnement \u00e0 grande vitesse - r\u00e9duisant ainsi les pertes de puissance globales tout en r\u00e9duisant la taille et le co\u00fbt des dispositifs, en am\u00e9liorant les probl\u00e8mes de gestion thermique et en permettant l'utilisation de composants passifs moins co\u00fbteux.<\/p>\n
Les dispositifs \u00e0 porteurs minoritaires, tels que les IGBT, \u00e9taient autrefois utilis\u00e9s pour g\u00e9rer des tensions de claquage plus \u00e9lev\u00e9es ; cependant, ils souffrent d'une r\u00e9sistance \u00e0 l'enclenchement et de pertes de commutation accrues \u00e0 des fr\u00e9quences \u00e9lev\u00e9es, ce qui limite leur utilisation dans de nombreuses applications d'\u00e9lectronique de puissance. En revanche, les dispositifs \u00e0 porteurs majoritaires tels que les diodes \u00e0 barri\u00e8re Schottky et les transistors MOSFET fabriqu\u00e9s \u00e0 l'aide de carbure de silicium peuvent supporter des tensions de tenue plus \u00e9lev\u00e9es avec une r\u00e9sistance \u00e0 l'enclenchement minimale, m\u00eame \u00e0 des fr\u00e9quences plus \u00e9lev\u00e9es - un avantage inestimable lors de la conception d'applications d'\u00e9lectronique de puissance.<\/p>\n
Les MOSFET SiC et les diodes Schottky MPS de GeneSiC prennent en charge la conversion d'\u00e9nergie \u00e0 grande vitesse et \u00e0 haut rendement dans diverses applications telles que la recharge des v\u00e9hicules \u00e9lectriques\/le stockage d'\u00e9nergie, le r\u00e9seau \u00e9lectrique, la r\u00e9colte\/g\u00e9n\u00e9ration d'\u00e9nergie solaire\/\u00e9olienne, les entra\u00eenements de moteur et les syst\u00e8mes d'automatisation industrielle. Gr\u00e2ce \u00e0 la robustesse \u00e0 la temp\u00e9rature, \u00e0 la r\u00e9sistance aux radiations et \u00e0 d'autres caract\u00e9ristiques offertes par ces composants, les concepteurs peuvent cr\u00e9er des solutions fiables et rentables dans des formats plus petits que ceux des \u00e9quivalents en silicium.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Le carbure de silicium (SiC) est un compos\u00e9 synth\u00e9tique exceptionnellement dur de silicium et de carbone qui est utilis\u00e9 pour produire du papier de verre, des meules et des outils de coupe, ainsi que des rev\u00eatements de fours industriels, comme mat\u00e9riau r\u00e9fractaire ou comme \u00e9l\u00e9ment chauffant. Le SiC peut \u00eatre transform\u00e9 en semi-conducteur par l'ajout de diverses impuret\u00e9s qui permettent \u00e0 l'\u00e9lectricit\u00e9 de passer \u00e0 travers...<\/p>\n