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À la conquête du nitrure de gallium

R. L.
Les applications de conversion et de contrôle de l'énergie réclament des composants de puissance économiques et efficaces. Le nitrure de gallium semble le bon candidat pour répondre à ce besoin.

L'INNOVATION

Des diodes, des transistors et des thyristors capables de manipuler des tensions de plusieurs centaines de volts avec moins de pertes pour un coût raisonnable : voilà l'intérêt du nitrure de gallium pour les composants de puissance. Présents dans tous les produits électriques et électroniques, ces composants sont stratégiques. Ils assurent la conversion et le contrôle de l'énergie électrique. Or ils le font avec des pertes d'autant plus importantes que les fréquences de commutation sont élevées. Les composants de puissance en silicium sont les plus courants mais aussi les moins bons sur ce point. Le passage au carbure de silicium améliore le rendement de 5 à 6 points et divise la taille des composants par un facteur 2 à 5. Mais à des prix exorbitants. Le nitrure de gallium promet les mêmes performances à des prix plus sages.

LES AVANTAGES

L'enjeu est de taille. Selon STMicroelectronics, un gain d'un point de rendement dans la conversion de puissance du parc de réfrigérateurs en Europe se traduirait par une économie d'énergie de 7 TWh/an, l'équivalent de la production totale d'électricité de la France !

- Le carbure de silicium, développé depuis 2005, offre une alternative performante au silicium dans les applications de forte puissance. Mais il est pénalisé par son coût de fabrication, puisqu'il ne peut êtredéposé que sur des plaquettes en carbure de silicium de 4 pouces au maximum. Le nitrure de gallium offre des performances similaires pour un coût moins élevécar il peut être déposésur des plaquettes en silicium de 6, voire 8 pouces.

LES DÉFIS À RELEVER

Les produits disponibles aujourd'hui se limitent à 200 V. Ce qui suffit aux ordinateurs, téléphones ou téléviseurs. Mais pas aux véhicules électriques où il faudrait des tensions de 600 à 800 V. En théorie, l'arséniure de gallium tient jusqu'à 1 000 V. Pour cela, il faut parvenir à déposer une couche de nitrure de gallium plus épaisse, ce que les moyens actuels de déposition par épitaxie ne permettent pas de faire à l'échelle industrielle. Il subsiste enfin des problèmes de désaccord entre les structures cristallographiques du silicium et du nitrure de gallium et ce malgré la couche intermédiaire faisant le lien.

LES PIONNIERS

La société américaine EPC , issue du leader mondial de l'électronique de puissance International Rectifier, est la seule à proposer des produits sur le marché : des transistors de 40 à 200 V, présentés comme 5 à 10 fois plus performants que leurs équivalents en silicium. Les Japonais sont actifs en recherche. Tout comme STMicroelectronics et Infineon Technologies en Europe.

COMMERCIALISATION

Des composants adaptés au véhicule électrique dans 2 ou 3 ans

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