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RÉSUMÉ
L’amélioration de la qualité du matériau de base et de la technologie de fabrication a permis le développement de nombreux composants de puissance en carbure de silicium, reflétant l’évolution de la maturité de cette nouvelle filière technologique au cours de ces dernières années. Cette évolution se traduit par les débouchés commerciaux actuels et futurs, tout comme le développement d’interrupteurs spécifiques pour la protection série des installations électriques.
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Dominique TOURNIER : Docteur en génie électrique - Maître de Conférences à l’INSA Lyon
INTRODUCTION
L’amélioration de la qualité du matériau de base et de la technologie de fabrication a permis le développement de nombreux composants de puissance en carbure de silicium, reflétant l’évolution de la maturité de cette nouvelle filière technologique au cours de ces dernières années. Cette évolution se traduit par les débouchés commerciaux actuels et futurs, tout comme le développement d’interrupteurs spécifiques pour la protection série des installations électriques.
Ce dossier présente les récents progrès et réalisations des composants de puissance en carbure de silicium, les points clés relatifs au matériau et à la technologie de fabrication, les potentialités et réalisations de ce matériau semi-conducteur dont l’utilisation permet d’ores et déjà de repousser les limites de la filière silicium.
Le dossier suivant [D 3 122] décrit des applications telles que la conversion d’énergie et la limitation de courant.
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- Version archivée 1 de mars 1989 par Christian GLAIZE
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4. Interrupteurs de puissance en SiC
Le silicium a longtemps été le matériau dominant pour les applications de puissance à haute tension. Les évolutions significatives de la « filière technologique SiC », la qualité du matériau de base d’une part et la technologie de fabrication d’autre part, ont permis la fabrication de nombreux composants. On distingue trois types de composants : les redresseurs, les composants unipolaires et les composants bipolaires. Les composants unipolaires sont appelés à remplacer les composants bipolaires pour des gammes de tension comprises entre 600 V et 3 kV et les interrupteurs de puissance pour des tensions supérieures à 1 000 V. Les différentes publications sur les dispositifs réalisés sont les meilleurs démonstrateurs de l’avancée de la technologie du SiC. De nombreux laboratoires présentent des résultats de caractérisation électrique démontrant les potentialités du carbure de silicium à fonctionner à haute tension .
4.1 Redresseurs
On distingue trois types de redresseurs.
Le premier type de composant est constitué par les diodes Schottky. Ce sont des composants unipolaires rapides, présentant de bonnes performances jusqu’à 3 kV (en terme de courant de fuite et de résistance à l’état passant).
Le deuxième type de composant, les diodes bipolaires (PN et PiN), permet des fonctionnements à très haute tension (20 kV) avec des courants de fuite très faibles, une modulation de la résistance à l’état passant, mais présente l’inconvénient de pertes en commutation dues à la charge stockée.
Enfin le troisième type de composants (JBS) combinaisons des deux précédents (PN + Schottky), possède les caractéristiques des diodes PN en polarisation directe : faible chute à l’état passant, absence de charge stockée en commutation d’où des faibles pertes et un faible courant de fuite en polarisation inverse. Cette troisième alternative est prometteuse pour des gammes de tension intermédiaire...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ESAME (O.) et al - Performance comparison of state-of-the-art heterojunction bipolar devices (HBT) based on AlGaAs/GaAs, Si/SiGe and InGaAs/InP. - Microelectronics Journal 35, 901-908 (2004).
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(2) - * - http://www.compoundsemiconductor.net/articles/magazine/11/6/2/1.
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(3) - * - http://compoundsemiconductor.net/articles/magazine/8/1/7/1.
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(5) - MOISSAN (H.) - Étude du Siliciure de carbone de la météorite de cañon Diablo. - Compte-Rendu des Séances de l’Académie des Sciences, Paris. vol. 140, p. 405-406 (1905).
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(6) - ACHESON (E.G.) - Production of artificial crystalline carbonaceous materials. - Brevet...
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