Industrie du dispositif de puissance en carbure de silicium

Les semi-conducteurs d'alimentation (également appelés dispositifs électroniques d'alimentation) sont des composants principaux pour la conversion de puissance et le contrôle du circuit dans les dispositifs électroniques. Ils permettent une régulation précise de tension et de fréquence, ainsi qu'une conversion efficace de CA et de CC. Grâce à des fonctions telles que la rectification, l'inversion, l'amplification de puissance, la commutation de puissance et la protection des circuits, ces appareils régulent efficacement le flux d'énergie et assurent la stabilité du système, et sont connus sous le nom de «cœur» de l'électronique de puissance.

Sur la base des matériaux utilisés, les semi-conducteurs de puissance peuvent être divisés en deux catégories, à savoir les semi-conducteurs traditionnels à base de silicium et les semi-conducteurs à bande interdite. Le premier comprend des semi-conducteurs composés d'éléments tels que le silicium (Si), tandis que le second comprend des composés tels que le carbure de silicium et le nitrure de gallium.

Les dispositifs semi-conducteurs traditionnels à base de silicium sont limités par des propriétés physiques inhérentes et sont difficiles à répondre aux exigences de haute performance des applications émergentes telles que les centres de puissance de calcul de l'intelligence artificielle et les centres de données, les réseaux intelligents et les systèmes de stockage d'énergie. En revanche, les semi-conducteurs de bande interdite larges représentés par du carbure de silicium et du nitrure de gallium présentent des avantages de performance significatifs aux niveaux du matériau et des appareils. Parmi eux, les dispositifs semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium se distinguent avec leur excellente tension de dégradation, la conductivité thermique, la vitesse de saturation des électrons et leur résistance aux rayonnements. Comparé au nitrure de gallium, le carbure de silicium a une gamme plus large d'applicabilité dans les applications moyennes et haute tension, et occupe une position dominante sur le marché des applications supérieure à 600 V, avec une plus grande taille de marché. Ces dernières années, les appareils semi-conducteurs de Silicon Carbide Power ont été largement utilisés dans de nombreuses industries et devraient jouer un rôle clé dans la transformation continue de l'industrie des semi-conducteurs de puissance.

Le carbure de silicium est actuellement le matériau semi-conducteur de bande interdite le plus mature en termes de technologie de croissance cristalline et de fabrication d'appareils. Le processus de production des dispositifs semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium implique les étapes suivantes. Premièrement, la poudre de carbure de silicium est cultivée, coupée, broyée et polie pour former unsubstrat en carbure de silicium, puis un matériau épitaxial monocristallisé est cultivé sur le substrat. La puce subit une série de processus complexes (y compris la photolithographie, le nettoyage, la gravure, le dépôt, l'amincissement, l'emballage et les tests) pour enfin former un dispositif semi-conducteur de carbure de silicium.

Le segment en amont de la chaîne de l'industrie implique la préparation de substrats en carbure de silicium et des puces épitaxiales en carbure de silicium. En tant que matériau clé de la chaîne industrielle, la qualité des puces épitaxiales en carbure de silicium est cruciale et la valeur de la fabrication de la couche épitaxiale représente environ 25% de l'ensemble de la chaîne de valeur du dispositif de puissance en carbure de silicium. Contrairement aux dispositifs de semi-conducteurs de puissance à base de silicium traditionnels, les appareils semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium ne peuvent pas être fabriqués directement sur des substrats en carbure de silicium; Au lieu de cela, les couches épitaxiales de haute qualité doivent être déposées sur le substrat. En raison des obstacles techniques élevés à la fabrication de puces épitaxiales en carbure de silicium de haute qualité, leur alimentation est relativement limitée. Alors que la demande mondiale de dispositifs de semi-conducteurs en carbure de silicium continue de croître, les puces épitaxiales de haute qualité joueront un rôle de plus en plus important dans la chaîne industrielle.

Le segment intermédiaire comprend la conception, la fabrication, l'emballage et les tests de dispositifs de semi-conducteurs en carbure de silicium. Les fabricants d'appareils semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium utilisent des puces épitaxiales en carbure de silicium comme matériaux de base et fabriquent des dispositifs de semi-conducteurs en carbure de silicium grâce à des processus de fabrication complexes. Les fabricants d'appareils sont généralement divisés en trois types: IDM, sociétés de conception de périphériques et fonderies à la plaquette. IDM intègre la conception, la fabrication, l'emballage et les tests de semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium et d'autres chaînes industrielles. Les sociétés de conception d'appareils ne sont responsables que de la conception et des ventes de semi-conducteurs de Silicon Carbide Power, tandis que les fonderies de la plaquette ne sont responsables que de la fabrication, de l'emballage et des tests.

Les divisions en aval impliquent des applications telles que les véhicules électriques, les infrastructures de charge, les énergies renouvelables, les systèmes de stockage d'énergie, ainsi que les industries émergentes telles que les appareils électroménagers, les centres de puissance de calcul de l'intelligence artificielle et les centres de données, les réseaux intelligents et l'évtol.

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