Aperçu de la croissance de la capacité de fabrication du SiC

La demande n'est pas un problème pour les fabricants de puces en carbure de silicium (SiC). La dépendance en aval vis-à-vis de ce type de puces signifie que ce segment est désormais en position solide pour augmenter sa production. Toutefois, il est probable que les acteurs majeurs de ce domaine—STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, ROHM et autres—concentrent attentivement leur attention sur les marchés émergents de l'énergie propre. 

Au cours des dernières années, nous avons appris que les industries durables sont fortement impactées par les événements mondiaux. Parallèlement à cela, il existe diverses raisons pour lesquelles les entreprises préfèrent le SiC au silicium—le facteur principal étant que le matériau lui-même est plus résilient dans des environnements informatiques complexes. 

Le secteur des véhicules électriques (VE) est l'un de ces exemples et, alors que les relations commerciales avec la Chine ne font qu'exacerber le besoin de localiser la production et l'approvisionnement, il y a également un accent mis sur la construction de produits à plus longue durée de vie. En termes d'énergie renouvelable, les pays évoluent continuellement afin de réduire leur dépendance vis-à-vis du commerce énergétique mondial. 

En conséquence, nous observons une évolution exponentielle des technologies dans ces domaines, renforçant les efforts pour fournir plus de densité de puissance et construire des solutions capables de résister aux tests de différents environnements.

La fabrication de SiC est en expansion

Les fabricants de SiC joueront un rôle clé dans la propulsion de nombreuses industries vers l'avant, leur permettant d'adopter des technologies plus avancées pour réduire les coûts et augmenter l'efficacité à travers leurs opérations ou au sein de leurs produits. La combinaison des analyses de TrendForce et de Future Market Insights (FMI) aide à évaluer la feuille de route de la croissance de la valeur dans le secteur. 

Valeur du marché : 

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• 2022 : 2,8 milliards de dollars US (FMI) 
• 2026 : 5,33 milliards de dollars US (prédiction de TrendForce
• 2032 : 5,8 milliards de dollars US (prédiction de FMI) 

En général, FMI annonce un taux de croissance annuel composé (CAGR) de 7,5 % de 2022 à 2032.

Entreprises augmentant la capacité de fabrication de SiC

STMicroelectronics

L'un des principaux fabricants de SiC injecte des fonds significatifs pour augmenter sa capacité de développement. Après un investissement de 7,5 millions d'euros avec GlobalFoundries, STMicroelectronics a annoncé un investissement supplémentaire de 5 millions d'euros alloué à la fabrique de puces SiC en Italie, qui servira à la production d'une toute nouvelle 'galette de super semi-conducteur'. Il s'agira d'une coentreprise avec Sanan Optoelectronics (annoncée en juin 2024) et verra le développement d'une puce SiC de huit pouces pour soutenir des technologies plus intelligentes.

Onsemi 

Avec un engagement majeur de la part du secteur automobile, Onsemi alimentera les nouveaux véhicules électriques, et a signé des accords avec Volkswagen pour construire un onduleur de traction de nouvelle génération pour ses voitures. Le développement de ce composant alimentera la plateforme évolutive de VW alors que le constructeur automobile suit une trajectoire similaire à celle d'autres marques. Cela montre comment les entreprises automobiles bénéficient de l'innovation en SiC, combinant des puces puissantes et compactes avec une architecture personnalisable.

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Wolfspeed

L'entreprise a atteint un jalon critique en mars 2024 en complétant l'installation de fabrication de SiC la plus grande et la plus avancée au monde. Infineon est cité comme l'un des clients principaux de ses plaquettes de SiC de 150mm (six pouces), qui seront utilisées pour innover davantage dans les secteurs du stockage d'énergie et de l'e-mobilité. Wolfspeed avait déjà signé un accord de fourniture de 10 ans avec le fabricant de semi-conducteurs basé à Tokyo, Renesas Electronics Corporation, juste huit mois auparavant. 

Groupe ROHM 

Soutenant le secteur de l'énergie renouvelable, le groupe ROHM a annoncé en juillet 2023 la signature d'un accord de base avec Solar Frontier K.K., qui fabrique des panneaux photovoltaïques (PV). STMicroelectronics précité a également signé un accord avec la filiale de ROHM, SiCrystal, pour étendre sa fourniture de tranches de substrat en SiC de 150mm. Cet accord vient avec l'intention des deux parties d'accélérer la livraison de puces SiC avancées.

Problèmes courants avec le silicium

À mesure que davantage de débit d'énergie est requis, le silicium ne peut tout simplement pas supporter la tension nécessaire pour y parvenir—ou la chaleur produite en conséquence. Pour chaque 200V à passer à travers une diode Schottky en silicium (SBD), les SBD en SiC peuvent gérer 600V.

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Autres comparaisons comprennent : 

Fonctionnement à haute température

• Silicium : Les dispositifs fonctionnent généralement efficacement à des températures allant jusqu'à 150°C, avec une dégradation significative des performances plus il fait chaud. 
• SiC : Les dispositifs ont une bien plus grande stabilité dans des scénarios à haute température avec moins de réduction de performance—opérables à 600°C. 

Tension de claquage

• Silicium : Tension de claquage inférieure, ce qui limite son utilisation dans des applications à haute tension. 
• SiC : Tension de claquage supérieure (environ 10x celle du silicium), ce qui est excellent pour augmenter le débit d'énergie.

Taille et Poids

Généralement, le SiC est connu pour sa densité énergétique supérieure, surpassant celle du Silicium, ce qui favorise l'efficacité de la conversion de puissance, et est rendu possible par sa plus grande conductivité thermique. Les avantages de performance globale du SiC l'emportent sur l'utilisation du Silicium dans les applications à forte demande. 

Industries Durables Exigeant des Puces SiC

Deux tendances émergent lorsque nous parlons de l'expansion de l'empreinte du SiC. Cela résulte probablement des efforts mondiaux pour développer des solutions durables—l'intégration de l'énergie propre repose sur des semi-conducteurs plus efficaces et robustes. Le SiC est au cœur de la plupart des projets d'infrastructure alors que les fournisseurs cherchent à intégrer leurs actifs dans leurs propres écosystèmes numériques. 

Automobile : L'efficacité est cruciale pour les constructeurs automobiles alors que la majorité d'entre eux orientent leur attention vers l'électrification ; construire des véhicules électriques avec une plus grande autonomie à partir de batteries plus petites, et des vitesses de charge plus rapides. Réduire l'énergie perdue lors de la commutation ainsi que les pertes de conduction du système est très bénéfique dans les véhicules électriques, qui ont une autonomie limitée. 

Ces véhicules intègrent également des systèmes de plus en plus avancés, alimentés par l'ordinateur de bord, qui tirent leur énergie de la batterie. Éliminer toutes les pertes inutiles induites par les systèmes d'aide à la conduite avancée (ADAS) aide les entreprises à maximiser autant que possible l'autonomie ou la puissance de leurs batteries et plateformes. 

Énergie renouvelable : En revenant à l'élément d'efficacité supérieure, de multiples actifs d'infrastructure énergétique peuvent bénéficier de l'utilisation de puces en carbure de silicium (SiC) pour réduire les pertes et rendre les machines plus résilientes aux changements de température. Des systèmes comme le stockage d'énergie par batterie (BESS) peuvent fonctionner plus efficacement grâce au SiC et sa capacité à supporter des températures plus élevées et à limiter la conduction énergétique. 

Comme observé par le passé, les installations de stockage de batteries sont susceptibles d'être exposées à de fortes chaleurs et, pour étendre cela afin de soutenir des solutions énergétiques durables, les composants à l'intérieur doivent être capables de résister aux conditions les plus sévères—à savoir des températures allant jusqu'à 150°C. Il y a aussi un élément d'espace puisque les entreprises ont une portée limitée pour étendre leur capacité de stockage ou de production d'énergie avec l'espace dont elles disposent. Les solutions qui augmentent la densité énergétique aideront inévitablement les opérateurs à traiter plus d'énergie avec la même infrastructure. 

Cela est également vrai dans le secteur des véhicules électriques alors que les entreprises cherchent à réduire la taille de leurs packs de batteries tout en augmentant leur capacité. 

Avancées dans la fonction SiC

Auparavant, les entreprises optaient pour des pièces en silicium pur, qui sont maintenant dépassées par le SiC. Ce nouveau format de puce apporte un plus grand potentiel pour augmenter la puissance de l'architecture interne et atteindre une plus grande efficacité énergétique et thermique. 

Les puces SiC ont une tension de claquage critique plus élevée que le silicium seul. Pour les applications modernes, cela permet de créer des puces plus compactes tout en réduisant le risque de défauts. Les fabricants de composants peuvent également tirer parti de sa haute concentration en dopants pour introduire des matériaux de support pour des applications spécifiques. 

Dans les systèmes à haute tension, ainsi que dans les industries qui exigent peu ou pas d'arrêt des actifs, le SiC est bien supérieur au silicium utilisé précédemment. Ceux-ci tendent à être exploités dans le développement des industries de l'énergie propre, telles que les véhicules électriques (VE) et les énergies renouvelables, ainsi que dans la défense, l'aérospatiale et les télécommunications, tous secteurs où les pannes pourraient être préjudiciables d'un point de vue sécurité. De nombreuses autres industries bénéficient du passage aux puces SiC, et beaucoup d'entre elles intègrent de nouvelles technologies, y compris l'intelligence artificielle (IA) et l'apprentissage automatique (ML).