- Les semi-conducteurs à large bande interdite (WBG pour wide bandgap) tels que le nitrure de gallium (GaN) et le carbure de silicium (SiC) possèdent des propriétés physiques qui permettent de concevoir des convertisseurs de puissance de plus haut rendement, fonctionnant à plus haute température et à plus haute tension et avec une plus grande vitesse de commutation.
- Les semiconducteurs à large bande interdite peuvent donc avantageusement remplacer, dans les systèmes de conversion électroniques de puissance, les semi-conducteurs traditionnels à base de silicium (Si) tels que des transistors et des diodes.
Les semi-conducteurs à large bande interdite se distinguent des semi-conducteurs classiques par leur plus large bande interdite. La bande interdite correspond à l’énergie nécessaire aux électrons pour passer de la bande de valence à la bande de conduction. La bande interdite du Si (silicium) est de 1,12 eV (électron-volt). Celle du carbure de silicium (SiC) et du nitrure de gallium (GaN ) est de l’ordre de 3 eV (3,39 eV pour le GaN et 3,26 eV pour le 4H-SiC)
Une telle largeur de bande permet aux semi-conducteurs à large bande interdite de fonctionner à des tensions, des températures et des fréquences plus élevées que le silicium.
Les semiconducteurs à large bande interdite permettent de diminuer les pertes par conduction et par commutation. La très grande vitesse de commutation des transistors GaN et SiC permet en outre d’augmenter la fréquence de travail des convertisseurs et donc de réduire le nombre de composants passifs.
Les faibles pertes de commutation et par conduction ainsi que les hautes températures de fonctionnement des semi-conducteurs à large bande interdite contribuent à la réduction de la taille et du poids des composants, à l’utilisation d’un moins grand nombre de filtres et de composants passifs (condensateurs, inductances, etc.) et à la réduction des besoins de refroidissement, diminuant ainsi les dimensions du système de dissipation thermique. Les systèmes de conversion d’énergie peuvent ainsi gagner en compacité et en efficacité tout en étant moins onéreux.
Les semiconducteurs GaN et SiC participent donc à la réduction du poids et de la taille des convertisseurs de puissance et à l’augmentation de leur rendement et de leur densité massique de puissance.
Les semi-conducteurs de puissance en carbure de silicium (SiC) offrent une excellente capacité de blocage de la tension pour les applications au-delà de 650 V. Ainsi, le nitrure de gallium (GaN) est principalement utilisé pour la conception de composants opérant à des tensions jusqu’à 650 V. Au-delà de ce niveau de tension, le carbure de silicium est privilégié.
Bien que les semi-conducteurs à large bande interdite sont encore plus onéreux que leurs homologues en silicium, ils deviennent plus abordables grâce à l’augmentation des capacités de fabrication et l’extension de leur spectre d’utilisation.
