Composants de puissance SiC vs GaN : les principales différences
Le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) sont deux semi-conducteurs à large bande interdite qui surpassent le silicium en conversion de puissance : ils supportent des champs plus élevés, commutent plus vite et perdent moins d'énergie. En pratique, le critère de choix est la tension. Le SiC s'impose pour les systèmes haute tension et forte puissance comme les onduleurs de véhicules électriques, tandis que le GaN excelle aux tensions plus basses et aux fréquences de commutation très élevées, comme dans les chargeurs rapides compacts.
| Critère | SiC | GaN |
|---|---|---|
| Bande interdite | Environ 3.3 eV (4H-SiC), contre 1.12 eV pour le silicium | Environ 3.4 eV |
| Champ électrique critique | Environ dix fois celui du silicium | Environ dix fois celui du silicium |
| Conductivité thermique | Élevée, environ trois fois celle du silicium, ce qui facilite le refroidissement | Comparable à celle du silicium, inférieure à celle du SiC |
| Composant typique | MOSFET verticaux et diodes Schottky | HEMT latéraux utilisant un gaz d'électrons bidimensionnel comme canal |
| Plage de tension typique | D'environ 650 V à 3.3 kV, et au-delà | Principalement jusqu'à environ 650 V |
| Fréquence de commutation | Élevée (de quelques dizaines à quelques centaines de kHz) | Très élevée (de quelques centaines de kHz jusqu'au MHz) |
| Substrat et wafers | Les wafers SiC sont coûteux et difficiles à faire croître | Généralement épitaxié sur wafers de silicium (GaN-on-Si), moins cher et compatible avec les usines silicium ; le GaN-on-SiC est utilisé en RF |
| Difficultés de conception | Fiabilité de l'oxyde de grille et besoin d'une tension de commande de grille plus élevée | Il faut éviter le comportement normally-on, et la grille ne tolère qu'une faible excursion de tension |
| Usages typiques | Onduleurs de traction pour véhicules électriques, chargeurs embarqués, onduleurs solaires, variateurs de moteurs industriels, ferroviaire | Chargeurs rapides et adaptateurs compacts, alimentations de data centers, amplificateurs RF 5G |
Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.