Le carbure de silicium (SiC), un matériau de base des semi-conducteurs à large bande interdite, entre dans un cycle de développement rapide, stimulé par les progrès simultanés de la technologie des matériaux et la demande croissante en électronique de puissance à haut rendement. Avec des attributs supérieurs tels qu'une tension de claquage élevée, une large bande interdite, une conductivité thermique élevée et de faibles pertes de commutation, le SiC devient indispensable dans les véhicules électriques, les énergies renouvelables, les réseaux électriques, les systèmes industriels et l'électronique de puissance de qualité aéronautique.

L'industrie passe de la « validation technologique » à la commercialisation à grande échelle, ouvrant une fenêtre stratégique cruciale pour une croissance accélérée.

1. La demande et la technologie se renforcent mutuellement :

Le SiC entre dans une phase de développement à grande vitesse**

L'électrification mondiale, la décarbonisation et les systèmes d'alimentation numérique repoussent les exigences en matière de semi-conducteurs bien au-delà de ce que le silicium peut supporter. Les dispositifs en SiC — diodes Schottky, MOSFET et modules de puissance — offrent un rendement plus élevé, une taille plus petite et de meilleures performances thermiques, ce qui les rend idéaux pour :

• Onduleurs de traction pour véhicules électriques

• Chargeurs embarqués (OBC) et systèmes de charge rapide

• Onduleurs solaires et convertisseurs de stockage d'énergie

• Alimentations industrielles haute fréquence

• Équipement de conversion et de transmission de réseau électrique

Les véhicules électriques restent le moteur le plus puissant, en particulier avec l'adoption de plateformes haute tension de 800 V, qui augmentent considérablement la consommation de dispositifs en SiC par véhicule. Parallèlement, les énergies renouvelables, le stockage d'énergie et l'automatisation industrielle augmentent régulièrement la pénétration du SiC dans l'électronique de puissance haute performance.

2. Mise à niveau structurelle sur l'ensemble de la chaîne d'approvisionnementLa chaîne d'approvisionnement du SiC englobe les substrats, l'épitaxie, la fabrication de dispositifs, l'emballage et l'intégration des systèmes. À mesure que la demande augmente, le paysage concurrentiel mondial évolue vers une collaboration plus approfondie et une intégration verticale.(1) En amont : substrats plus grands et densité de défauts plus faible

Les substrats en SiC constituent le segment le plus difficile et le plus précieux. L'industrie passe des plaquettes de 4 et 6 pouces à celles de 8 pouces, avec un développement précoce des plateformes de 12 pouces.

Les percées clés incluent :

Contrôle amélioré des dislocations du plan basal et des défauts de micropipesCroissance stable de lingots monocristallins plus grands

Uniformité améliorée des couches épitaxiales

• Rendement plus élevé dans le tranchage, le polissage et le façonnage des cristaux

• Des plaquettes plus grandes sont essentielles pour réduire le coût par ampère et permettre des dispositifs à tension plus élevée dans des applications telles que les convertisseurs de réseau et les systèmes de traction haute puissance.

• (2) En milieu de chaîne : l'IDM et l'intégration des processus deviennent la compétitivité de base

• La fabrication de dispositifs en SiC nécessite une expertise significative dans :

Conceptions MOSFET avancées (faible Rds(on), haute tension, haute fiabilité)

Implantation et activation ionique à haute température

Profils de dopage épitaxiaux optimisés

• Technologies de métallisation et de passivation

• Évaluations de fiabilité et de tests à haute température et à courant élevé

• Les modèles IDM (Integrated Device Manufacturer) — unifiant la conception, la fabrication et l'emballage — gagnent du terrain car ils raccourcissent les cycles de développement, améliorent le rendement et accélèrent l'itération des produits.

• (3) Applications en aval : les véhicules électriques en tête, les marchés de l'énergie et de l'industrie en expansion

• La pénétration du SiC dans les véhicules électriques continue d'augmenter, en particulier dans :

Onduleurs de traction

Plateformes de charge rapide de 800 V

Convertisseurs CC-CC

• Systèmes d'entraînement électrique

• Au-delà de l'automobile, de nouveaux secteurs à forte valeur ajoutée adoptent rapidement le SiC :

• Solaire + stockage d'énergie : rendement de conversion plus élevé et besoins de refroidissement réduits

• Transmission d'énergie : sous-stations CC flexibles, convertisseurs au niveau du réseau

Systèmes industriels : robotique, servocommandes, alimentations industrielles

• Aérospatiale et défense : petite taille, légèreté, fonctionnement à haute températureCes scénarios divers ouvrent une dynamique de croissance à long terme pour le SiC.

• 3. Les principaux défis persistent : technologie, coût et pression sur la chaîne d'approvisionnementMalgré une forte dynamique, l'industrie du SiC est toujours confrontée à plusieurs obstacles structurels :

• Défi 1 : barrières techniques élevéesLes principaux goulets d'étranglement incluent :

• Contrôle de la densité de dislocations dans les grands substratsRéalisation d'une épitaxie uniforme, épaisse et de haute qualité

Amélioration de la mobilité des canaux MOSFET

Amélioration de la fiabilité à long terme à des températures et des tensions élevées

Ces défis limitent l'amélioration du rendement et ralentissent l'expansion à grande échelle.

Défi 2 : la réduction des coûts est toujours à la traîne des attentes du marché

Les dispositifs en SiC sont

• 3 à 5 fois plus chers

• que les solutions au silicium.

• Les principales raisons incluent :

• Coût élevé des substrats

Faible rendement au cours des premières étapes de la production de 8 pouces

Équipement spécialisé coûteux (réacteurs d'épitaxie, systèmes d'implantation)

Coût d'amortissement élevé des lignes de productionLe coût reste la principale contrainte pour les applications industrielles et grand public de milieu de gamme.Défi 3 : la résilience de la chaîne d'approvisionnement doit être améliorée
Certains équipements et matériaux critiques en amont dépendent toujours de fournisseurs étrangers, et les longs délais de livraison des outils spécialisés affectent le rythme de l'expansion. La mise en place d'une chaîne d'approvisionnement plus résiliente et localisée est essentielle pour la stabilité à long terme.

• 4. Orientation future : la concurrence passe des dispositifs individuels à la capacité au niveau du système

• La prochaine phase de l'industrie du SiC sera façonnée par trois tendances majeures :

• Tendance 1 : tension plus élevée, rendement plus élevé, fiabilité plus élevée

• Les progrès se concentreront sur :

MOSFET à très haute tension

Optimisation de la structure des tranchées

Conceptions épitaxiales à faibles pertes

Emballage à haute conductivité thermique

Ces améliorations ouvriront de nouvelles applications dans les équipements d'alimentation au niveau du réseau et industriels.

Tendance 2 : l'intégration verticale comme avantage concurrentiel clé

Alors que les exigences des clients mettent l'accent sur la performance, la fiabilité et la capacité de livraison,

• une intégration approfondie du substrat au module

• devient de plus en plus importante.

• Le coût, le rendement et le délai de commercialisation différencieront les futurs leaders.

• Tendance 3 : l'expansion des applications créera une opportunité de marché de mille milliards de dollars

Trois moteurs d'application principaux se forment :

Véhicules électriques

(onduleurs de traction, charge rapide)Transformation du réseau électrique (CC flexible, systèmes HVDC)

Stockage d'énergie et énergies renouvelables

(onduleurs à haut rendement)

Les entraînements industriels, l'alimentation aéronautique et les équipements d'automatisation fourniront une demande incrémentielle soutenue.

1. 5. Perspective d'investissement : les opportunités structurelles deviennent clairesTrois orientations offrent les opportunités les plus intéressantes à moyen et long terme :

2. (1) Substrats et épitaxie en amontLes plaquettes de grand diamètre et à faible défaut et l'épitaxie avancée restent les segments de croissance les plus déterministes.

3. (2) Dispositifs haute tension et haute puissanceLes fabricants de dispositifs qui se concentrent sur les MOSFET et les modules de puissance haute performance bénéficieront de la pénétration croissante dans les applications énergétiques et de réseau.

(3) Applications au niveau du système

Les plateformes de véhicules électriques, les convertisseurs de stockage d'énergie et l'électronique industrielle à haut rendement généreront une expansion de la demande pluriannuelle soutenue.

Conclusion

L'industrie mondiale du SiC passe de l'adoption précoce à une montée en puissance accélérée. Avec des percées dans les matériaux, une capacité de production croissante et des scénarios d'application en expansion rapide, le SiC remodèle l'avenir de l'électronique de puissance.

Les années à venir seront une période décisive : ceux qui atteindront un leadership au niveau du système en matière de matériaux, de dispositifs et d'applications façonneront la prochaine génération de technologies d'alimentation à haut rendement.