Semi-conducteur à large bande interdite d'environ 3,3 eV. Son champ de claquage élevé en fait un matériau de choix pour les composants de puissance haute tension et à faibles pertes.
Nom japonais: SiC(炭化ケイ素)
« SiC (carbure de silicium) » apparaît dans 49 questions d'entraînement réparties sur 10 thèmes, dont Semi-conducteurs de puissance, Semi-conducteurs composés, Croissance épitaxiale.
Domaine: Semi-conducteurs de puissance
Avec une bande interdite d'environ 3,3 eV, le SiC présente un champ de claquage critique proche de 3 MV/cm, soit environ dix fois celui du silicium. Pour une tenue en tension donnée, la couche de dérive peut être environ dix fois plus mince et environ 100 fois plus dopée, si bien que sa résistance diminue d'un facteur théorique de plusieurs centaines. Le facteur de mérite de Baliga, εμEc³, rend compte de cet effet, car le champ de claquage y intervient au cube. La large bande interdite maintient aussi une faible densité de porteurs intrinsèques à haute température, et le SiC conduit la chaleur environ trois fois mieux que le silicium, autour de 400 W/(m·K).
Les composants phares sont les MOSFET SiC et les diodes Schottky SiC. Étant unipolaires, ils évitent le courant de queue des IGBT silicium et le courant de recouvrement inverse des diodes pn silicium, ce qui réduit fortement les pertes de commutation ; les diodes Schottky SiC sont fabriquées de 600 à 1700 V. Des pertes plus faibles permettent d'augmenter la fréquence de commutation et de réduire la taille des inductances, des condensateurs et du refroidissement, ce qui explique la diffusion du SiC dans les onduleurs de véhicules électriques, en particulier les systèmes 800 V. La contrepartie de cette rapidité est un dv/dt élevé, de plusieurs dizaines de volts par nanoseconde, qui transforme de petites inductances parasites en surtensions et en perturbations électromagnétiques (EMI) : le routage et la commande de grille sont donc déterminants.
Les MOSFET SiC sont généralement commandés à environ +15 à +18 V à l'état passant, et souvent avec une polarisation négative de −3 à −5 V à l'état bloqué. Leur tension de seuil est basse, autour de 2 à 3 V : sans cela, le courant Miller induit par le dv/dt de l'interrupteur opposé pourrait les rendre passants de façon intempestive. Leurs petites puces à faible capacité thermique limitent la tenue au court-circuit à typiquement quelques microsecondes, contre environ 10 µs pour les IGBT silicium, de sorte que la protection doit agir plus vite. Les boîtiers à source Kelvin séparent le retour de la commande de grille du chemin du courant principal, afin d'éviter les problèmes d'inductance de source commune.
Le SiC ne fond pas à pression normale : les lingots sont donc obtenus par sublimation (transport physique en phase vapeur) à 2000-2500 °C, à seulement 0,1 à 1 mm par heure environ, et ce cristal extrêmement dur est long à découper et à polir. Les composants de puissance utilisent le polytype 4H-SiC sur des substrats désorientés d'environ 4° pour une épitaxie par croissance en marches (step-flow) à 1500-1650 °C. Les dopants ne diffusent pratiquement pas : les jonctions sont donc formées par épitaxie et par implantation ionique à chaud, suivies de recuits à 1600-1800 °C. Parmi les enjeux de fiabilité figurent la faible mobilité dans le canal, due aux défauts d'interface oxyde liés au carbone, et la dégradation bipolaire, où des dislocations du plan basal se transforment en fautes d'empilement.
Réponse : A. Son champ de claquage est environ 10 fois plus élevé que celui du Si
Le SiC a une grande bande interdite, d'environ 3,3 eV, et un champ de claquage environ 10 fois supérieur à celui du Si (environ 3 MV/cm). Pour une même tenue en tension, la couche de dérive peut être environ 10 fois plus mince et environ 100 fois plus dopée, si bien que sa résistance est théoriquement divisée par plusieurs centaines. Sa conductivité thermique, environ 3 fois celle du Si, le rend résistant aux hautes températures, et son adoption s'étend notamment aux onduleurs de VE. En revanche, ses plaquettes sont plus chères que celles du Si, et le passage aux grands diamètres (8 pouces) est encore en cours.
Réponse : A. Semi-conducteurs à large bande interdite
Les semi-conducteurs dont la bande interdite atteint environ 3 eV ou plus sont dits à large bande interdite ; le SiC (environ 3,3 eV) et le GaN (environ 3,4 eV) en sont les représentants. Leur champ de claquage élevé et leur faible densité de porteurs intrinsèques leur permettent de fonctionner à haute température ; ils servent aux composants de puissance haute tension à faibles pertes et aux composants haute fréquence. Le Ga2O3 (environ 4,8 eV) et le diamant (environ 5,5 eV), encore plus larges, sont appelés semi-conducteurs à ultra-large bande interdite.
Le champ de claquage du SiC est environ dix fois celui du silicium : une couche de dérive plus mince et plus dopée bloque donc la même tension avec une résistance bien plus faible. Il supporte aussi des températures plus élevées et conduit mieux la chaleur, ce qui réduit à la fois les pertes et les besoins en refroidissement.
Ce sont deux semi-conducteurs à large bande interdite, d'environ 3,3 et 3,4 eV. Le SiC est produit sous forme de substrats natifs et sert principalement aux MOSFET verticaux et aux diodes à haute tension et fort courant, tandis que les transistors de puissance GaN sont généralement des HEMT latéraux élaborés sur des substrats étrangers comme le silicium, et excellent en commutation très rapide à des tensions modérées.
Le 4H-SiC est le polytype du carbure de silicium dont la séquence d'empilement hexagonale comporte quatre couches. C'est le choix standard pour les composants de puissance, car il combine une bande interdite d'environ 3,26 eV, une mobilité électronique d'environ 1000 cm²/V·s et une anisotropie relativement faible.
Le SiC a une grande bande interdite, d'environ 3,3 eV, et un champ de claquage environ 10 fois supérieur à celui du Si (environ 3 MV/cm).
Quelle est la principale raison pour laquelle le SiC (carbu…Les semi-conducteurs dont la bande interdite atteint environ 3 eV ou plus sont dits à large bande interdite ; le SiC (environ 3,3 eV) et le GaN (environ 3,4 eV) en sont les représentants.
Comment désigne-t-on collectivement les semi-conducteurs do…Alors qu'une jonction Schottky en Si atteint difficilement une tenue en tension élevée, le SiC permet des classes de 600 à 1700 V.
Quel est le principal avantage des diodes Schottky SiC util…Le SiC et le GaN commutent avec des variations de tension (dv/dt) atteignant quelques dizaines à 100 V/ns et des variations de courant (di/dt) rapides : les surtensions dues à l'inductance parasite des connexions et le bruit électromagnétique (EMI) dû au courant traversant les capacités parasites tendent à augmenter.
Quel problème exige particulièrement des contre-mesures lor…Les composants SiC ayant une faible résistance à l'état passant, de faibles pertes par commutation et une bonne tenue en température, ils réduisent les pertes de l'onduleur d'un VE.
Quel est le principal avantage de l'utilisation de composan…GaN (nitrure de gallium) Bande interdite (bandgap) IGBT Résistance à l'état passant (RDS(on)) GaAs (arséniure de gallium) Croissance épitaxiale Ga2O3 (oxyde de gallium) Mobilité MOSFET de puissance InP (phosphure d'indium)