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Electronique de puissance : le silicium concurrencé par le nitrure de gallium

Hugo Leroux

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Electronique de puissance : le silicium concurrencé par le nitrure de gallium

le CEA-Leti a produit des tranches de GaN 200 mm de diamètre

© CEA/LETI

Le programme MeGaN, piloté par Renault avec la partcicipation du CEA et 13 partenaires académiques et industriels, vise à développer des composants d’électronique de puissance à base de nitrure de gallium (GaN). Lancé en juillet 2012 et doté d’un budget de 44 millions d'euros, il vise à concurrencer le silicium sur un certain nombre d’applications –transistors, diodes, convertisseurs, etc.

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Pour développer des composants d'électronique de puissance destinés à concurrencer le silicium, le CEA participe à un projet regroupant 15 partenaires académiques, lancé en juillet 2012. « Les composants GaN peuvent travailler à des températures et des tensions bien plus hautes. On réduit donc l’empilement de composants et le besoin de refroidissement », explique Jean-Jacques Aubert, qui coordonne les efforts du CEA Leti. Sur sa ligne pilote de Grenoble, le CEA Leti teste depuis juillet 2012 la production de tranches de GaN en conditions industrielles. Pour ce faire, les chercheurs ont acquis une machine de déposition de GaN sur silicium par épitaxie. « Les tranches de GaN sur silicium ainsi obtenues s’adaptent parfaitement aux machines standard des lignes silicium pour la fabrication des composants », souligne Jean-Jacques Aubert. Les machines sortent ainsi des tranches de 200 millimètres de diamètre, bien adaptées à l’électronique de puissance.

Pour contrer la principale limite des composants GaN, à savoir leur faible capacité à évacuer la chaleur, comparable à celle du silicium, les chercheurs du CEA cherchent à mettre au point sur des supports innovants. La couche active de GaN peut ainsi être intégrée sur des substrats métalliques, ou refroidie par le dessus. « Pour chaque application, on doit imaginer l’enveloppe en même temps que le composant», résume Jean-Jacques Aubert. L’autre défi est celui de la « reproductibilité » du procédé - minimiser les défauts sur les tranches de GaN fabriquées en série.

Côté applications, le programme MeGaN explore trois voies avec ses partenaires industriels : les moteurs électriques avec Renault, la gestion énergétique avec Schneider Electric et l’aéronautique avec Safran. Le programme, qui prendra fin en 2017, pourrait donc engendrer une nouvelle génération de composants. Et poser les bases d’une filière française. « La France a une longue histoire dans l’électronique de puissance, avec des leaders comme Alstom, Schneider Electric ou Valéo. Développer cette nouvelle technologie a beaucoup de sens », estime Jean-Jacques Aubert.

Hugo Leroux

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