STMicroelectronics et le CEA-Leti annoncent leur coopération en vue d’industrialiser des technologies « nitrure de gallium sur silicium » (GaN-on-Si) pour circuits de commutation de puissance. Cette technologie GaN-on-Si de puissance permettra à ST de répondre aux exigences d’applications à haut rendement et de forte puissance, telles que les chargeurs embarqués pour véhicules hybrides et électriques, les chargeurs sans fil et serveurs.

Cette collaboration se concentre sur le développement et la qualification d’architectures avancées de diodes et transistors de puissance en GaN sur silicium sur tranches de 200 mm de diamètre. Le cabinet d’études IHS Markit estime que ce marché devrait croître en moyenne de plus de 20% par an de 2019 à 2024.

Dans le cadre de l’Institut de recherche technologique IRT Nanoelec, ST et le CEA développent ensemble cette technologie sur la ligne de R&D 200 mm du CEA et tablent sur une validation des échantillons d’ingénierie en 2019. Parallèlement, ST mettra en place une ligne de fabrication entièrement qualifiée, incluant l’hétéro-hépitaxie nitrure de gallium sur silicium, en vue d’un premier déploiement de production industrielle sur le site de ST à Tours d’ici 2020.

De plus, en raison de l’intérêt que suscite la technologie GaN-on-Si pour les applications de puissance, le CEA et ST évaluent actuellement des techniques avancées permettant d’améliorer les possibilités de packaging pour l’assemblage de modules à haute densité de puissance.

« Compte tenu de l’exceptionnelle qualité de ces semiconducteurs à large bande, les contributions de ST dans les technologies de fabrication et le conditionnement de composants de puissance en nitrure de gallium sur silicium avec le concours du CEA-Leti nous permettront de disposer du portefeuille de produits et d’outils en GaN et SiC le plus complet de l’industrie, en plus de notre capacité reconnue à fabriquer en volume des produits fiables et de haute qualité », a déclaré Marco Monti, président du groupe Produits Automobiles et Discrets, STMicroelectronics.

« Avec sa plateforme générique en 200 mm, l’équipe du CEA-Leti s’engage pleinement à soutenir la feuille de route stratégique de ST pour l’électronique de puissance en GaN-on-Si et est prête à transférer la technologie vers la ligne de fabrication dédiée dont est équipé le site ST de Tours. Ce développement conjoint auquel participent les équipes des deux partenaires s’appuie sur le programme de l’IRT Nanoelec pour élargir l’expertise nécessaire et innover d’emblée au niveau des composants et des systèmes », a déclaré Emmanuel Sabonnadière, directeur du CEA-Leti.

En tant que matériaux semiconducteurs à large bande (Wide BandGap – WBG), les composants réalisés en nitrure de gallium (GaN) permettent de fonctionner à des tensions, des fréquences et des températures nettement supérieures aux semiconducteurs classiques comme le silicium. ST utilise deux autres technologies WBG : le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium RF (GaN).

Rappelons que ST a également récemment annoncé un autre développement concernant le GaN-on-Si pour les applications RF avec MACOM. L’Américain utilisera des tranches en GaN/Si dans un large éventail d’applications RF, et ST dans ses propres produits, à l’exception du secteur des télécommunications. Si la technologie GaN-on-Si de puissance peut être produite sur des tranches de 200 mm, pour l’instant, le process GaN-on-Si RF est, quant à lui, mieux adapté aux tranches de 150 mm de diamètre. Toutefois, ces deux technologies GaN produisent de faibles pertes de commutation et à ce titre, conviennent parfaitement aux applications en fréquences élevées.

Pour leur part, les composants en carbure de silicium (SiC) fonctionnent sous des tensions plus élevées, avec une tension de blocage supérieure à 1 700 V, une tenue en avalanche supérieure à 1 800 V et une faible résistance à l’état passant (RON), ce qui en fait une technologie idéale sur le double plan de l’efficacité énergétique et des performances thermiques. Fort de ces caractéristiques, le SiC est une excellente solution pour les applications telles que les véhicules électriques, les onduleurs photovoltaïques et les équipements de soudage, explique STMicroelectronics.