Avantages des plaquettes en carbure de silicium

La plaquette de carbure de silicium est un composé artificiel de silicium et de carbone qui offre des propriétés électriques et de résistance à la chaleur exceptionnelles.

La résistance aux chocs thermiques rend ce matériau idéal pour une utilisation dans les semi-conducteurs de puissance et les infrastructures de recharge des véhicules électriques, fournissant des charges mécaniques transitoires causées par des changements soudains de température. Cette propriété en fait le matériau idéal lorsque la résistance aux chocs thermiques est une exigence d'utilisation.

Conductivité thermique élevée

La conductivité thermique élevée des plaquettes de carbure de silicium (SiC) en fait un candidat de choix pour les dispositifs électroniques fonctionnant à la fois à haute température et à haute tension, tels que les semi-conducteurs de puissance utilisés dans les véhicules électriques ou la technologie 5G, ou encore les capteurs à grande vitesse. Leur capacité à résister à des environnements difficiles, comme ceux de l'aérospatiale, distingue le SiC d'autres matériaux pour plaquettes de silicium.

La fabrication des plaquettes de SiC nécessite plusieurs étapes critiques. Tout d'abord, les lingots de monocristal sont découpés en fines tranches à l'aide d'une scie de précision. Ensuite, ces plaquettes subissent des traitements chimiques et mécaniques afin d'obtenir une surface et une épaisseur uniformes avant de servir de base aux processus de photolithographie, de gravure et de dépôt qui permettent de créer des dispositifs semi-conducteurs.

L'ingénierie et la recherche sont essentielles dans ce processus, en particulier parce que le carbure de silicium est beaucoup plus dur que son équivalent en silicium et prend donc beaucoup plus de temps à trancher que sa boule de silicium équivalente. Les méthodes de tranchage doivent donc être calibrées avec soin.

À l'heure actuelle, il existe de nombreuses méthodes pour produire des plaquettes de SiC de haute qualité. L'une d'entre elles est le tranchage au laser ; cette approche s'est avérée particulièrement efficace pour les matériaux durs et de grande taille comme le SiC ; toutefois, ce processus peut être coûteux et nécessiter des efforts d'ingénierie considérables pour être mis en œuvre avec succès.

Haute résistance aux chocs thermiques

Les plaquettes de carbure de silicium révolutionnent l'électronique de puissance. Grâce à leur capacité à supporter des températures et des tensions élevées, ces plaquettes sont devenues des composants essentiels des véhicules électriques et des systèmes d'énergie renouvelable. Leur large bande interdite leur permet de supporter des fréquences plus élevées que les matériaux semi-conducteurs traditionnels.

Le SiC est une céramique extrêmement dure, conçue pour supporter des températures extrêmes tout en résistant aux attaques chimiques, ce qui en fait le matériau idéal pour les périphériques de chauffage et les fours à semi-conducteurs. En outre, sa résistance aux chocs thermiques permet de limiter les dommages causés par les changements soudains de température.

Les plaquettes de carbure de silicium offrent plus qu'une résistance aux chocs thermiques ; elles présentent également un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui signifie que leur dilatation et leur contraction se produisent à des vitesses à peu près égales, ce qui permet de conserver des dimensions constantes dans des conditions extrêmes. Cette caractéristique fait du carbure de silicium un matériau idéal pour la fabrication de petits dispositifs comprenant plus de transistors sur une même puce.

Le carbure de silicium peut être produit par frittage à l'arc électrique à haute température dans un four sous vide, ou par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), par lequel des gaz spécialisés pénètrent dans un environnement sous vide et se combinent pour former des cristaux cubiques de carbure de silicium qui sont ensuite déposés sur des substrats à l'aide d'outils de dépôt en suspension ou d'outils diamantés.

Stabilité à haute température

Les plaquettes de carbure de silicium possèdent des propriétés électriques et thermiques exceptionnelles qui en font le matériau idéal pour les applications d'électronique de puissance. Leur large bande interdite leur permet de supporter des températures et des tensions plus élevées que les autres matériaux semi-conducteurs ; en outre, leur grande mobilité électronique leur permet de gérer plus efficacement des courants plus importants, ce qui se traduit par des temps de réponse plus rapides et une densité énergétique accrue.

La fabrication de plaquettes de SiC commence par des lingots monocristallins de saphir, de germanium ou de silicium de grande pureté. Une fois découpés en fines tranches à l'aide d'une scie de précision, ces lingots subissent plusieurs processus chimiques et mécaniques afin d'obtenir une surface plane et lisse, qui servira de toile sur laquelle des dispositifs tels que la photolithographie, la gravure et le dépôt prendront forme.

Le carbure de silicium est un composé chimique de silicium pur et de carbone qui peut être dopé avec de l'azote ou du phosphore pour produire des semi-conducteurs de type n, ou avec du gallium, de l'aluminium ou du bore pour créer des semi-conducteurs de type p. En raison de sa résistance à la corrosion, de son faible point de fusion et de ses propriétés de stabilité thermique, le PEEK peut être utilisé dans de nombreuses applications industrielles, qu'il s'agisse de supports de plateaux et de palettes pour les fours à semi-conducteurs ou de supports de plateaux et de palettes utilisés pour les mécanismes de transfert des tranches de silicium. La solidité et la durabilité exceptionnelles du carbure de silicium en font un matériau idéal pour les dispositifs de contrôle de la température et de la tension, tels que les thermistances et les varistances. En outre, ce matériau très résistant supporte bien l'exposition aux radiations ainsi que les attaques chimiques - des qualités qui ont conduit à son adoption généralisée dans les applications de puissance telles que les voitures électriques et les infrastructures de recharge.

Grande durabilité

Les plaquettes de carbure de silicium peuvent supporter des températures et des tensions extrêmes, ce qui en fait un excellent choix pour les dispositifs électroniques qui nécessitent des performances élevées dans des environnements exigeants tels que les véhicules électriques, la conversion de l'énergie solaire, la technologie sans fil 5G ou l'électronique aérospatiale.

Les plaquettes de carbure de silicium (SiC) sont créées à partir de lingots monocristallins de saphir, de germanium ou de silicium qui ont été découpés en plaquettes à l'aide de scies de précision. Après avoir été polies et finies à l'aide de procédés chimiques et mécaniques pour obtenir une surface et une épaisseur uniformes, les plaquettes de carbure de silicium deviennent des candidats idéaux pour les procédés de photolithographie, de gravure ou de dépôt.

Les plaquettes de SiC subissent des contraintes et des chocs importants au cours de la production. En raison de sa nature fragile, des précautions doivent être prises lors de la manipulation de ce matériau ; par exemple, les travailleurs doivent porter un équipement de protection afin d'éviter l'inhalation de poussières et la contamination.

Le SiC est un matériau semi-conducteur à large bande interdite, qui offre des performances supérieures en matière de température et de fréquence par rapport aux dispositifs conventionnels à base de silicium. Cela fait du SiC un matériau de choix pour des entreprises telles que ON Semiconductor (ON) et Wolfspeed (WOLF), qui produisent des semi-conducteurs de puissance sur des substrats de carbure de silicium.

La qualité des plaquettes joue un rôle essentiel dans leur adéquation à diverses applications. La classification des plaquettes de carbure de silicium - Prime et Research - fixe les seuils de performance qu'elles doivent atteindre afin d'aider les ingénieurs à obtenir les résultats souhaités. Les plaquettes de première qualité se caractérisent par une faible densité de défauts et de micropipes, ce qui garantit un minimum d'imperfections susceptibles d'altérer la fonctionnalité des dispositifs, par exemple.