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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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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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Applications phares de l'électronique de puissance
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1. Contexte
La technologie SiC, considérée comme une perspective à long terme de la technologie silicium dans les années 1990, est en passe de proposer une alternative non concurrentielle à court terme pour la technologie silicium. En effet, cette nouvelle technologie s'adresse plus particulièrement aux applications spécifiques fonctionnant à haute tension et/ou à des températures élevées.
Les composants électroniques en SiC sont actuellement principalement développés pour une utilisation dans des applications :
-
devant fonctionner dans des conditions environnementales sévères (températures élevées > 600 ˚C) ;
-
devant fournir de fortes puissances pour des tensions élevées (quelques 10 kA, quelques 10 kV) ;
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devant supporter des radiations intenses (par exemple, pour les applications spatiales).
Les gains potentiels liés à l'utilisation de composants en SiC dans des systèmes de conversion d'énergie ont été démontrés dans le passé, tant sur le plan théorique que par l'intermédiaire de démonstrateurs. Les améliorations des techniques de synthèse de matériau et des étapes technologiques de fabrication des composants permettent désormais la réalisation de prototypes industriels. Même si certains points limitent les performances des composants SiC (notamment la température maximale de fonctionnement), les bénéfices de la filière SiC par rapport à la filière silicium sont d'ores et déjà non négligeables .
Diverses « applications phares » sont présentées avec pour objectif d'illustrer les gains obtenus par l'utilisation de composants de puissance en carbure de silicium et les « marges de progression » espérées par cette nouvelle technologie pour l'électronique de puissance.
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ANNEXES
Le tableau 1 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 1 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...
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