En tant que nouveau type de matériau semi-conducteur, le SiC est devenu le matériau de choix pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques à courte longueur d'onde, de dispositifs haute température, de dispositifs résistants aux radiations et de dispositifs électroniques de puissance, grâce à ses excellentes propriétés physico-chimiques et électriques. En particulier, dans des conditions extrêmes, les performances des dispositifs en SiC surpassent largement celles des dispositifs en Si et en GaAs. De ce fait, les dispositifs en SiC et divers types de capteurs sont progressivement devenus des composants clés, jouant un rôle de plus en plus important.
Les dispositifs et circuits en SiC ont connu un développement rapide depuis les années 1980, et plus particulièrement depuis 1989, date de la commercialisation des premiers substrats SiC. Dans certains domaines, comme les diodes électroluminescentes, les dispositifs haute fréquence, haute puissance et haute tension, les dispositifs SiC sont largement utilisés commercialement. Leur développement est rapide. Après près de dix ans de recherche, le procédé de fabrication des dispositifs SiC permet désormais leur production à l'échelle commerciale. Plusieurs entreprises, dont Cree, proposent des produits à base de SiC. Les instituts de recherche et les universités chinoises ont également réalisé des progrès significatifs dans la croissance des matériaux SiC et les technologies de fabrication des dispositifs. Bien que le SiC possède des propriétés physico-chimiques exceptionnelles et que la technologie des dispositifs SiC soit mature, les performances des dispositifs et circuits SiC restent perfectibles. Outre l'amélioration constante des matériaux et des procédés de fabrication, il est nécessaire de poursuivre les efforts afin d'exploiter pleinement le potentiel du SiC, notamment en optimisant la structure des dispositifs S5C ou en proposant de nouvelles structures.
Actuellement, la recherche sur les dispositifs SiC se concentre principalement sur les composants discrets. Pour chaque type de structure, la première étape consiste à transposer la structure correspondante du dispositif Si ou GaAs sur SiC sans l'optimiser. L'oxyde intrinsèque du SiC étant identique à celui du Si (SiO₂), la plupart des dispositifs Si, notamment les dispositifs m-pa, peuvent être fabriqués sur SiC. Malgré la simplicité de cette transposition, certains dispositifs obtenus ont donné des résultats satisfaisants et sont déjà commercialisés.
Les dispositifs optoélectroniques en carbure de silicium (SiC), notamment les diodes électroluminescentes bleues (DEL bleues), ont fait leur apparition sur le marché au début des années 1990 et constituent les premiers dispositifs en SiC produits en série. Les diodes Schottky haute tension en SiC, les transistors de puissance RF en SiC, les MOSFET et les mesFET en SiC sont également disponibles dans le commerce. Bien entendu, les performances de tous ces produits en SiC sont loin d'exploiter pleinement les propriétés exceptionnelles du matériau, et l'amélioration des fonctionnalités et des performances des dispositifs en SiC nécessite encore des recherches et des développements. De telles transpositions, même simples, ne permettent souvent pas d'exploiter pleinement les avantages du SiC. Certains dispositifs en SiC, parmi les premiers fabriqués, ne peuvent égaler les performances des dispositifs correspondants en silicium (Si) ou en arséniure de calcium (CaAs).
Afin de mieux exploiter les avantages des caractéristiques du matériau SiC pour les transformer en atouts pour les dispositifs SiC, nous étudions actuellement comment optimiser le processus de fabrication et la structure des dispositifs, ou développer de nouvelles structures et de nouveaux procédés pour améliorer le fonctionnement et les performances des dispositifs SiC.
Date de publication : 23 août 2022