Conception Avancée et Réalisation de Thyristors A Grande Energie – CARTHAGE

Le marché civil des composants de puissance SiC a expérimenté une croissance exponentielle depuis les années 2010, grâce aux besoins de l'industrie automobile et solaire. L'offre industrielle est désormais mature pour les composants SiC 1200 V et 1700 V, qu'il s'agisse de diodes ou de MOSFET. Cependant, plus la tension de claquage augmente, plus l'offre sur le marché se raréfie. Cela s'explique par de moindres besoins à ce jour et par les difficultés technologiques qui restent à résoudre. Cependant, le SiC est probablement encore plus intéressant pour les tensions plus élevées (3,3 kV-10 kV) que les solutions Si. Dans cette classe de tension supérieure, les composants bipolaires tels que les GTO devraient être disponibles plus tôt que les MOSFET en raison de leurs capacités de courant et de tension plus élevées, et des problèmes de fiabilité plus complexes observés dans ces derniers. Les dispositifs bipolaires seront donc utiles pour le marché civil, même s'ils sont considérés comme moins pratiques en termes d'applications.
L'une des applications des thyristors SiC à haute tension est l'électronique de puissance pulsée. Ainsi, l'Institut Saint Louis (ISL) et le laboratoire Ampère ont étudié de manière approfondie le potentiel de la technologie SiC pour concevoir et fabriquer des thyristors efficaces capables de supporter des tensions et des courants de pointe élevés. Ces études ont permis de générer une grande quantité de connaissances et de savoir-faire presque unique dans le domaine, du moins en Europe. Le projet CARTHAGE offre l'opportunité de transformer les concepts précédemment développés par ISL+Ampère en un produit semi-industriel utilisant un procédé de fabrication stable, répétitif et contrôlé en ligne. Sur la base de ces observations, les partenaires de CARTHAGE estiment qu'il est désormais possible de développer, prototyper et tester des thyristors SiC avancés, et une fois mis en boitier, de démontrer leurs performances et leur potentiel pour des applications civiles et militaires (atteignant alors un TRL 5).
Le projet CARTHAGE vise à fournir une telle démonstration. En outre, le nombre de wafers à traiter a été choisi afin d’obtenir un nombre final de dispositifs fonctionnels correspondant aux besoins des démonstrateurs, en particulier pour les cas d'utilisation militaire. Ainsi, le projet intègre différents objectifs et activités connexes qui couvriront toute la chaîne de valeur du produit. Le premier objectif est de transférer la technologie de fabrication des thyristors SiC dans une plateforme de fabrication semi-industrielle, dans le but de stabiliser le processus de fabrication et de permettre la production d'un nombre raisonnable de puces fiables (>200) par lots. À cette fin, il est important d'améliorer l'intégration de dispositifs de grande surface tout en limitant la dégradation des défauts d'empilement. Un autre objectif est d'adapter et d'optimiser la conception de l'architecture du thyristor, y compris la terminaison périphérique haute tension, à la nouvelle plate-forme technologique. Une tâche d'optimisation d'une technologie d'assemblage adaptée à des densités de courant pulsé élevées est également une partie importante du projet.
Pour atteindre ces objectifs, un consortium comprenant une combinaison de partenaires académiques et industriels complémentaires (CEA-Leti, ISL, Ampère, IBS, DEEP Concept) a été constitué afin de couvrir la chaîne de valeur arrivant jusqu'à la caractérisation du composant dans un sous-système. La complémentarité des partenaires permettra non seulement d'atteindre les objectifs techniques, mais aussi d'apporter de nouvelles connaissances sur la compréhension générale de la technologie de traitement du SiC. En outre, les partenaires ont une longue expérience de collaboration sur le SiC et les dispositifs de puissance en général, ce qui permettra une bonne compréhension et une efficacité dans les interactions scientifiques et techniques.