Explorez la troisième génération de semi-conducteurs au nitrure de gallium

Le nitrure de gallium est un matériau semi-conducteur composé d'azote et de gallium. Sa bande interdite étant supérieure à 2,2 eV, il est également connu sous le nom de semi-conducteur à large bande interdite. C'est un excellent matériau pour les transistors de puissance micro-ondes et un semi-conducteur présentant un intérêt majeur pour les dispositifs électroluminescents bleus.

En tant que représentant de la troisième génération de matériaux semi-conducteurs, le nitrure de gallium peut être appliqué aux réseaux 5G, à la charge rapide, aux infrastructures sans fil commerciales, à l'électronique de puissance et aux marchés satellitaires, et présente de larges perspectives grâce à ses caractéristiques de haute puissance, de haute résistance aux radiations, de haute efficacité et de haute fréquence.

Qu'est-ce que le nitrure de gallium exactement ?

1,Principe du nitrure de gallium

Le nitrure de gallium est un matériau semi-conducteur à large bande interdite doté d'une structure électronique et de propriétés physiques uniques. Sa large bande interdite lui permet de fonctionner de manière stable à des températures et tensions élevées, ainsi que dans des environnements à fort rayonnement. Par ailleurs, sa mobilité électronique et sa vitesse de saturation élevées lui confèrent un avantage considérable pour les dispositifs électroniques haute fréquence et haute puissance.

2, Dimension

Le nitrure de gallium se décline en une variété de spécifications et de dimensions, personnalisables selon les besoins des différentes applications. Actuellement, les dispositifs en nitrure de gallium sont généralement disponibles au niveau de la puce, du boîtier ou du module. Par exemple, dans les chargeurs de smartphones, les puces en nitrure de gallium sont généralement de très petite taille, tandis que dans l'électronique de puissance, les modules en nitrure de gallium sont relativement volumineux.

3, scène d'application

- Électronique grand public

Chargeur pour smartphone : Le chargeur au nitrure de gallium présente l’avantage d’être compact, léger et rapide. Comparé aux chargeurs traditionnels, il offre une puissance de sortie supérieure dans un format réduit, pour une expérience de charge plus pratique.

Adaptateur secteur pour ordinateur portable : L’adaptateur secteur au nitrure de gallium présente également les caractéristiques d’une petite taille et d’un rendement élevé, ce qui lui permet de fournir une alimentation stable aux ordinateurs portables.

- Le domaine des véhicules à énergies nouvelles

Chargeurs de voiture et bornes de recharge : la technologie au nitrure de gallium peut améliorer la densité de puissance et l’efficacité des chargeurs embarqués et des bornes de recharge, raccourcir le temps de charge et contribuer fortement à la popularité des véhicules électriques.

Systèmes électroniques automobiles : les dispositifs en nitrure de gallium peuvent également être utilisés dans l’éclairage, l’audio, la navigation et d’autres systèmes électroniques automobiles afin d’améliorer les performances et la fiabilité du système.

- Cchamp de communication

Stations de base 5G : Les amplificateurs de puissance au nitrure de gallium présentent un intérêt majeur pour les stations de base 5G. Ils offrent une puissance de sortie plus élevée et une meilleure linéarité, répondant ainsi aux exigences de la communication 5G en matière de haut débit, de grande capacité et de faible latence.

Communications par satellite : Les dispositifs en nitrure de gallium trouvent également de nombreuses applications dans les communications par satellite. Ils fonctionnent de manière stable dans l’environnement spatial hostile et assurent une transmission fiable du signal.

- JEchamp industriel

Entraînement moteur : Les onduleurs au nitrure de gallium peuvent améliorer l’efficacité et la densité de puissance des systèmes d’entraînement moteur, réduisant ainsi la consommation d’énergie et les coûts.

Onduleurs solaires : Les onduleurs solaires au nitrure de gallium peuvent convertir le courant continu généré par les panneaux solaires en courant alternatif, améliorant ainsi l’efficacité et la fiabilité des systèmes de production d’énergie solaire.

FOUNTYL TECHNOLOGIES PTE. LTD., spécialisée dans les technologies de formage, de frittage et d'usinage des matériaux céramiques, au service des utilisateurs de semi-conducteurs, propose des mandrins en carbure de silicium, des mandrins à vide en céramique poreuse, des tables flottantes à air, des effecteurs terminaux en céramique et des rails de guidage en céramique. N'hésitez pas à nous contacter pour toute collaboration commerciale potentielle.

4, Aanalyse de la chaîne industrielle

La chaîne de valeur du nitrure de gallium est similaire à celle du carbure de silicium, comprenant principalement le substrat monocristallin, la croissance de couches épitaxiales, la conception des dispositifs, la fabrication et d'autres étapes. Actuellement, les entreprises leaders du secteur s'appuient sur le modèle IDM (conception, fabrication, conditionnement et tests intégrés pour la vente), mais une division du travail commence à apparaître au niveau de la conception et de la fabrication.

Du point de vue des entreprises de la filière du nitrure de gallium, les sociétés étrangères conservent une avance considérable en termes de puissance technique et de capacité de production. Bien que les entreprises chinoises aient initialement mis en place l'ensemble de la chaîne industrielle, leur part de marché et leur niveau technique restent relativement inférieurs. Parmi les principales entreprises étrangères figurent Sumitomo (Japon), Cree (États-Unis), Infineon (Allemagne), LG (Corée du Sud) et Samsung. Du côté chinois, on peut citer Crystal Optoelectronics, SAN'an Optoelectronics, TSMC et Huacan Optoelectronics.

En matière de substrats et d'épitaxie de nitrure de gallium, les substrats utilisés dans les dispositifs à base de nitrure de gallium comprennent principalement le carbure de silicium, le silicium, le saphir et le nitrure de gallium lui-même. Les feuilles épitaxiales de GaN sur SiC, obtenues par la croissance d'une couche épitaxiale de nitrure de gallium sur un substrat de carbure de silicium, permettent de réaliser des dispositifs RF. Ces dispositifs présentent l'avantage d'une efficacité, d'une bande passante et d'une puissance supérieures, et répondent ainsi mieux aux exigences élevées des applications RF dans les domaines civil et militaire, comme les stations de base 5G, les communications par satellite, les radars micro-ondes et l'aérospatiale.

Les couches épitaxiales de nitrure de gallium se divisent en couches épitaxiales homogènes et hétérogènes. Un substrat monocristallin de nitrure de gallium constitue une couche épitaxiale homogène. L'utilisation d'un monocristal de nitrure de gallium comme substrat permet d'améliorer considérablement la qualité cristalline du film épitaxial, de réduire la densité de dislocations et d'accroître la durée de vie du dispositif.

Actuellement, l'industrie utilise généralement le saphir, le SiC et le silicium comme substrats. Les principaux fabricants de dispositifs GaN utilisent des substrats en SiC. À l'échelle mondiale, les fabricants japonais détiennent plus de 80 % du marché des substrats GaN. Les entreprises chinoises qui industrialisent les substrats en nitrure de gallium sont principalement Suzhou Nawei, China Gallium Semiconducting, Shanghai Gallium Special et Core Yuan Base. Les substrats en SiC sont principalement produits par Tianke Heda, Tianyue et CEC. Les principaux fabricants d'épitaxie GaN sont Suzhou Jingzhan et Poly Crystal Source.

Concernant les dispositifs en nitrure de gallium, le coût des dispositifs GaN sur substrats de nitrure de silicium est 100 fois supérieur à celui des dispositifs sur substrats de silicium, et le temps de traitement du substrat est 200 à 300 fois plus long. Cependant, la taille des plaquettes de silicium ne cesse d'augmenter, et l'on prévoit une réduction du coût des dispositifs GaN sur silicium de 30 à 50 %.

En matière de conception et de fabrication de dispositifs, Sumitomo Electric et Cree dominent le marché, détenant chacun 30 % de parts de marché. Parmi les entreprises chinoises de conception et de fabrication intégrées (IDM) de dispositifs GaN, on trouve Suzhou Nexun, Innosec et Dalian Core Crown. Haiwei Core et SAN An proposent des services de fonderie intégrés pour les dispositifs GaN. CLP 13 et 55 possèdent également des capacités de fabrication de dispositifs GaN ; Shilanwei, Century Golden Light et Taike Tianrun fonctionnent également en tant qu'IDM. Les entreprises adoptant le modèle « fabless » (conception uniquement, sans production) incluent GaNSystem, EPC et Dialog, qui travaillent sous contrat avec TSMC. SAN'an Optoelectronics, Wentai Technology, Sai Microelectronics, Jucan Optoelectronics et Dry Light Optoelectronics sont les principaux fabricants de dispositifs GaN en Chine.

5, Les dix meilleures entreprises du secteur

1. Infineon : premier fournisseur mondial de solutions semi-conducteurs, doté d'une solide expertise technique et d'une part de marché importante dans le domaine des dispositifs de puissance en nitrure de gallium.
2. STMicroelectronics : un fabricant de semi-conducteurs bien connu dont les produits en nitrure de gallium sont largement utilisés dans l'électronique grand public, l'électronique automobile et les domaines industriels.
3. Navitas : spécialisée dans le développement et la production de puces de puissance en nitrure de gallium, afin de fournir à ses clients des solutions en nitrure de gallium hautes performances et haute fiabilité.
4. Texas Instruments : L'un des géants de l'industrie des semi-conducteurs, possède également une expertise approfondie en matière de recherche et de développement dans le domaine de la technologie du nitrure de gallium.
5. ON Semiconductor : Fournit des solutions complètes en matière de semi-conducteurs, et ses produits en nitrure de gallium offrent d'excellentes performances dans la gestion de l'énergie, l'électronique automobile et d'autres domaines.
6. Fuji Electric : un fabricant d'électronique renommé au Japon, possédant une riche expérience et un savoir-faire technique considérable dans le domaine des dispositifs de puissance au nitrure de gallium.
7. Mitsubishi Electric : L'entreprise jouit d'une excellente réputation dans le domaine de l'électronique de puissance, et ses produits en nitrure de gallium sont largement utilisés dans les secteurs industriel et des transports.
8. Rohm Semiconductor (Rohm) : spécialisée dans la recherche, le développement et la production de semi-conducteurs et de composants électroniques, ses produits en nitrure de gallium ont une large gamme d'applications dans l'électronique grand public et l'électronique automobile.
9. Sumitomo Electric Industries : un fabricant japonais d'électronique intégrée possédant une technologie de pointe dans les matériaux et dispositifs en nitrure de gallium.
10. Cree : un fabricant de semi-conducteurs de renommée mondiale, connu pour ses innovations dans les technologies du carbure de silicium et du nitrure de gallium.

L'industrie du nitrure de gallium, encore émergente, connaît un développement rapide. Ses applications ne cesseront de s'étendre, apportant toujours plus de confort et d'innovation à notre quotidien.

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