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Qu'est-ce qu'un MOSFET SiC ?

Les MOSFET SiC sont des MOSFET qui utilisent un substrat semi-conducteur composé SiC (carbure de silicium) au lieu du substrat Si conventionnel.

Les MOSFET sont utilisés comme substrat semi-conducteur pour les MOSFET, un type de transistor à effet de champ, pour la commutation marche/arrêt, les amplificateurs et d'autres usages. L'utilisation de SiC, un semi-conducteur composé, comme matériau de substrat semi-conducteur, permet de réduire la résistance lors de l'utilisation d'une tension par rapport aux MOSFET conventionnels en Si.

Par conséquent, les pertes de commutation lors de la mise hors tension et les pertes de puissance lors de la mise sous tension sont réduites. Les performances de la puce semi-conductrice sont améliorables et la capacité de refroidissement requise pendant le fonctionnement du transistor peut être réduite, ce qui conduit à la miniaturisation du produit lui-même.

Utilisations des MOSFET SiC

Les MOSFET SiC sont utilisés dans de nombreux produits semi-conducteurs tels que les relais, les alimentations à découpage et les capteurs d'image dans les équipements électroniques, dans le domaine de l'électronique de puissance, etc. Les MOSFET SiC permettent une commutation plus rapide en raison de la réduction des pertes lors de la déconnexion. Les MOSFET SiC sont aussi employés dans de nombreux équipements de communication.

Lors de la sélection des MOSFET SiC, il faut tenir compte des conditions de fonctionnement de l'application du produit, c'est-à-dire des valeurs maximales absolues, des caractéristiques électriques, de l'utilisation du boîtier et de la taille.

Principe des MOSFET SiC

Les MOSFET SiC permettent des structures MOSFET à faible résistance à l'enclenchement et à faibles pertes à la coupure, tout en maintenant un niveau similaire de tension de tenue. Cela s'explique par le fait que le transistor est fabriqué à partir de substrats en SiC, dont les propriétés physiques sont une énergie de bande interdite environ trois fois supérieure et une force de champ de claquage environ dix fois supérieure à celles des substrats en Si, ce qui permet d'amincir l'épaisseur de la couche active.

Les MOSFET en SiC ont une structure empilée de semi-conducteurs de type p et de type n. En général, les semi-conducteurs de type n ont une structure plus fine que celle des semi-conducteurs de type p. Habituellement, les semi-conducteurs de type n sont empilés sur les semi-conducteurs de type p, avec des électrodes de drain et de source sur les semi-conducteurs de type n, une couche isolante d'oxyde et des électrodes de grille fixées entre les semi-conducteurs de type n. Le corps de la plaquette de silicium est constitué de SiC (carbure de silicium), un semi-conducteur composé, qui sert d'épi-substrat.

Dans les MOSFET, l'application d'une tension positive à la grille fait circuler le courant entre la source et le drain. Dans ce cas, les MOSFET en SiC, qui utilisent du SiC dans la plaquette de silicium, peuvent fonctionner avec une tension et un courant plus élevés entre la source et le drain que les MOSFET qui n'utilisent que du Si. La concentration d'impuretés dans le semi-conducteur peut être augmentée, ce qui permet de réduire les pertes et la miniaturisation.

Autres informations sur les MOSFET en SiC

1. Distinction entre les MOSFET SiC et les IGBT

Les IGBT sont des transistors utilisés pour des usages à haute puissance, difficiles à gérer pour les MOSFET Si normaux. Les dispositifs MOSFET SiC sont de plus en plus utilisés dans cette gamme. Le SiC a en effet une bande interdite plus élevée, ce qui lui permet de fonctionner à des températures plus élevées que les IGBT. Une autre raison est que les MOSFET en SiC surmontent le problème des pertes de commutation élevées dans l'étage suivant du transistor bipolaire dans le cas des IGBT.

Dans le passé, les épi-substrats en SiC avaient un petit diamètre, ce qui rendait la production de masse et les coûts difficiles. Récemment, cependant, il est devenu possible de prendre en charge des substrats de 8 pouces, et la production de masse et les prix s'améliorent.

Ils sont activement utilisés dans des applications de puissance relativement importante de plus de 10 kW, par exemple dans les véhicules électriques (EV), les systèmes de production d'énergie et les applications d'énergie résidentielles.

2. Différences entre les dispositifs SiC et GaN

Outre le SiC, le GaN (nitrure de gallium) est un autre semi-conducteur à large bande interdite qui attire l'attention : le GaN a une énergie de bande interdite encore plus élevée et une plus grande résistance à la rupture diélectrique que le SiC, et fait l'objet de recherches actives, en particulier dans les instituts de recherche.

Le GaN est généralement structuré avec une couche active de GaN sur un substrat de Si, Cela le rend plus difficile à supporter pour les applications de haute puissance telles que les MOSFET de SiC. Sur le marché, les applications d'une puissance équivalente à 1 KW sont relativement peu prises en considération. Il s'agit par exemple d'applications d'amplificateurs de puissance pour les stations de base 5G et d'applications de chargement de batteries via PC ou USB.

Les dispositifs GaN, comme les MOSFET SiC, peuvent fonctionner à des températures élevées et ne nécessitent pas d'équipement de refroidissement ou de structures d'évacuation de la chaleur excessives. C'est pourquoi leur utilisation s'est répandue ces dernières années dans les adaptateurs d'alimentation compacts pour PC.