Entrerction aux matériaux en carbure de silicium

Le carbure de silicium (SiC), substance inorganique, est composé de carbone et de silicium dans un rapport 1:1 et possède une structure tétraédrique Si-C unique. Cette structure confère au carbure de silicium d'excellentes propriétés physiques et chimiques, telles qu'une dureté élevée, une stabilité thermique élevée et une large bande interdite. La largeur de bande interdite du carbure de silicium peut atteindre 3,26 eV, soit près de trois fois celle du silicium, ce qui lui permet de rester stable à des températures plus élevées et d'avoir une intensité de champ électrique de claquage plus élevée.

Préparation de matériaux à base de carbure de silicium

La préparation des matériaux en carbure de silicium comprend principalement la méthode en phase gazeuse, la méthode en phase liquide et la méthode en phase solide. Parmi elles, la méthode de transport physique de vapeur (PVT) et la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sont les principales méthodes de préparation de monocristaux de SiC de haute qualité. La méthode PVT sublime la poudre source de SiC à haute température et condense et fait croître des monocristaux de SiC de haute qualité à la surface du cristal d'ensemencement. La méthode CVD permet d'obtenir une poudre de SiC ultrafine et de haute pureté grâce à une réaction gazeuse à haute température. En outre, la méthode sol-gel et la méthode de croissance de la solution d'ensemencement supérieure (TSSG) sont également des méthodes de préparation couramment utilisées.

Application des matériaux en carbure de silicium

Les matériaux SiC ont été largement utilisés dans de nombreux domaines en raison de leurs excellentes performances.

‌Dispositifs de puissance‌ : les matériaux en carbure de silicium présentent des avantages significatifs dans le domaine de l'électronique de puissance. Par exemple, dans les onduleurs et les bornes de recharge des véhicules électriques, les dispositifs de puissance en carbure de silicium peuvent réduire la taille du boîtier, réduire les pertes et améliorer l'efficacité de conversion. Des constructeurs automobiles bien connus tels que Tesla et BYD ont déjà utilisé des dispositifs en carbure de silicium dans leurs produits pour véhicules électriques. En outre, les dispositifs en carbure de silicium sont également largement utilisés dans les onduleurs photovoltaïques et le transport ferroviaire, ce qui peut améliorer l'efficacité globale du système.

Dispositifs RF : dans les domaines militaire et des communications, les dispositifs RF au nitrure de gallium à base de carbure de silicium sont devenus des composants essentiels de systèmes tels que les systèmes de communication mobile 5G et les radars à réseau phasé actifs de nouvelle génération. Sa bonne conductivité thermique, sa haute fréquence et ses avantages en termes de puissance élevée font que les matériaux en carbure de silicium ont de vastes perspectives d'application dans le domaine des dispositifs RF.

Chargeur rapide : les dispositifs en carbure de silicium sont considérés comme un choix idéal pour la nouvelle génération de dispositifs d'alimentation en raison de leur excellente résistance aux températures élevées, de leurs faibles pertes et de leur rendement élevé. Par exemple, les diodes en carbure de silicium telles que G3S06505C et G5S6504Z de Tyco Tianrun sont largement utilisées dans les alimentations à découpage, la correction du facteur PFC, les entraînements de moteurs, les onduleurs et d'autres scénarios.

‌Aérospatiale‌ : Les composites à base d'aluminium renforcés par des particules de carbure de silicium ont également connu des applications révolutionnaires dans le domaine aérospatial. Par exemple, dans la dérive ventrale du chasseur F16 et le nouveau système de rotor d'hélicoptère d'Eurocopter, les composites à base d'aluminium renforcés par des particules de carbure de silicium améliorent considérablement la rigidité et la durée de vie des composants.

Taille du marché et tendance de développement de l'industrie du carbure de silicium

Selon les données de Yole, la taille du marché mondial des dispositifs de puissance SiC passera de 1,09 milliard de dollars américains en 2021 à 6,297 milliards de dollars américains en 2027, avec un taux de croissance annuel composé de 34 %. Dans le même temps, la taille du marché des dispositifs RF au nitrure de gallium à base de carbure de silicium continuera de croître. Sur le marché chinois, la taille du marché des dispositifs électroniques de puissance au carbure de silicium et au nitrure de gallium devrait atteindre près de 30 milliards de yuans, avec un taux de croissance annuel composé de 45 %.

Défis et opportunités dans l'industrie du carbure de silicium

Bien que les matériaux en carbure de silicium présentent de nombreux avantages, leur préparation et leur application sont encore confrontées à certains défis. Par exemple, la technologie de préparation des substrats en carbure de silicium est difficile et le taux de rendement doit être amélioré ; le coût de fabrication des dispositifs en carbure de silicium est élevé et la promotion du marché nécessite encore des efforts. Cependant, avec l'avancement continu de la technologie et l'expansion continue du marché, l'industrie du carbure de silicium ouvrira de nouvelles opportunités de développement. À l'avenir, les matériaux en carbure de silicium seront utilisés dans davantage de domaines, insufflant une nouvelle vitalité au développement de l'industrie des semi-conducteurs.