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RÉSUMÉ
La maturité d'une filière technologique se traduit par l'émergence de nouvelles solutions techniques dans de nombreuses applications. Il en fut ainsi pour la filière silicium avec les composants de type GTO, bipolaires, MOSFET ou IGBT. Le carbure de silicium n'est pas arrivé à un stade de maturité aussi avancé que le silicium. Mais la disponibilité de composants aux performances supérieures à leurs homologues en Si permet d'envisager leur utilisation dans de nombreuses applications. Ces nouveaux composants devraient repousser les limites des performances de la filière silicium pas exemple en haute tension et en haute température.
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The maturity of a technological branch is reflected by the development of new technical solutions in numerous applications. This was the case for the silicon branch with GTO, bipolar, MOSFET or IGBT components. The silicon carbide has not reached as advanced a maturity stage as that of the silicon. However, the availability of components with superior performances to that of their Si counterparts allows for envisaging use in numerous applications. These new components are to push back the limits of the performances of the silicon branch, in high voltage and high temperature for instance.
Auteur(s)
-
Dominique TOURNIER : Maître de conférences - INSA de Lyon
INTRODUCTION
La maturité d'une filière technologique se traduit par l'émergence de nouvelles solutions techniques dans de nombreuses applications. Il en fut ainsi pour la filière silicium avec les composants de type GTO, bipolaires, MOSFET, IGBT...
Le développement de ces derniers a eu un impact certain dans le domaine de l'électronique de puissance, permettant la conception de nouvelles architectures de conversion d'énergie plus performantes et apportant des solutions techniques novatrices dans de nombreux domaines du génie électrique.
Le SiC (carbure de silicium) n'est pas arrivé à un stade de maturité aussi avancé que le silicium. Pour autant, la disponibilité de composants ayant des performances supérieures à leurs homologues en Si permet d'envisager leur utilisation dans de nombreuses applications. Ces nouveaux composants devraient permettre de repousser les limites des performances d'ores et déjà atteintes de la filière silicium pour les domaines de la haute tension et de la haute température, par exemple.
Dans le dossier [D 3 120] sont présentées les technologies de fabrication des composants de puissance en SiC. Ce dossier [D 3 122] présente un état de l'art de quelques « applications phares », en s'attachant à mettre en évidence les gains apportés par la technologie SiC pour l'électronique de puissance, sans la prétention d'être exhaustif dans le contenu, mais avec l'objectif d'illustrer les potentialités de cette nouvelle filière technologique.
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Contexte
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4. Conclusions et perspectives
4.1 Composants et applications
L'évolution des conditions d'utilisation des convertisseurs de puissance (densité de puissance de plus en plus élevées et ambiances de fonctionnement de plus en plus sévères) a favorisé le développement de composants semi-conducteurs à large bande interdite en général, et la filière SiC en particulier. Le fonctionnement possible de ces composants à haute température permet d'augmenter la densité de puissance tout en réduisant l'effort de refroidissement nécessaire, impliquant un gain considérable en termes de masse et de coût. Afin de définitivement profiter de toutes les potentialités des composants de puissance en SiC, il est nécessaire de développer des boîtiers spécifiques, la logique de commande de composants ainsi que des composants passifs tels que les capacités et inductances. Les propriétés physiques du SiC comparées à celles du silicium laissent présager un impact significatif des composants de puissance sur les prochaines générations de véhicules électriques. Les gains attendus au niveau système concernent la réduction de taille, de masse, du prix global ainsi qu'une simplification des systèmes de refroidissement. L'électronique haute température devrait permettre le remplacement des systèmes de contrôle hydrauliques et de disposer de sources de conversion d'énergie distribuées dans les systèmes devant fonctionner dans des environnements sévères tels que ceux de l'aéronautique, du spatial... mais aussi pour des systèmes de génération future (par exemple, systèmes éoliens...) et les réseaux de distribution .
HAUT DE PAGE4.2 Applications et économie : bilan et perspectives
L'activité internationale liée au carbure de silicium est en plein essor. Après une phase de développement durant les années 1990-2000, une filière SiC est en train d'émerger sur différents continents. Cela est illustré par l'activité de nombreux acteurs tels CREE Research aux États-Unis, Infineon STMicroelectronic et Norstel en Europe, Criepi et Toyota au Japon. Infinéon a été la première compagnie à produire des composants de puissance en SiC en lançant une gamme de diodes Schottky en février 2001. ABB a également été une société pionnière...
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Conclusions et perspectives
ANNEXES
Le tableau repris dans le dossier [D 3 120] dresse la situation actuelle du marché des composants de puissance en carbure de silicium, présentant les acteurs principaux et les tendances à venir.
Concernant l'évolution des plaquettes en Sic au cours des 10 dernières années, l'augmentation des volumes de production a permis une diminution notable du coût par unité de surface d'un facteur 3 par rapport à 1997 (figure reprise dans le dossier [D 3 120]) (1 400 $ pour
3/8 contre 2 400 $ pour
aujourd'hui).
En 2004, le marché pour les composants SiC représente 13 millions de dollars. Avec un taux de croissance annuel de 30 % (dont 3/4 concerne des diodes), ce marché est estimé à 53 millions de dollars en 2009 (Yole développement). L'estimation de la distribution du marché selon les applications est présentée sur la figure . Les applications principales...
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