Enphysiquedel’étatsolide,leterme"bandgap"Faitréférenceàladifférenced’énergieentrelabande de valence et la bande de conduction dans les matériaux solides. La bande de valence est la région du niveau d’énergie remplie d’électrons, tandis que la bande de conduction est la région où les électrons peuvent se déplacer librement. La présence d’une bande passante détermine les propriétés électriques du matériau.

Le carbure de silicium (Si ouiC) et le nitrure de gallium (Le GaN) sont deux matériaux semi-conducteurs à large bande, caractérisés comme suit:

Le carbure de silicium (La SiC) a généralement une bande passante allant de 2,2 à 3,3 électron-volts (eV), selon sa structure cristalline et son niveau de dopage. Le SiC monocristal a généralement une valeur plus élevée de l’intervalle de bande, généralement entre 2,3 et 3,3 eV. En comparaison, le nitrure de gallium (GaN) a généralement un espace de bande allant de 3,4 à 3,6 eV, dépassant légèrement celui du carbure de silicium à certains égards.

Les matériaux semi-conducteurs à large bande offrent plusieurs avantages:

Tout d’abord, ils possèdent une stabilité thermique élevée et une résistance à des températures élevées, en maintenant de bonnes performances électriques dans des environnements à hautes températures sans facilement échouer. Deuxièmement, ils présentent une grande vitesse de dérive des électrons et une faible capacité parasitaire, permettant un fonctionnement à hautes fréquences et résistent à des opérations à haute tension. De plus, les matériaux à bande large ont généralement de faibles courants de fuite, ce qui contribue à réduire les pertes de puissance. Enfin, ils peuvent résister à des densités de puissance plus élevées, adaptées aux appareils électroniques de haute puissance et aux appareils optoélectroniques.

En tant que matériaux semi-conducteurs à large bande, le carbure de silicium et le nitrure de gallium trouvent des applications répandues dans divers domaines:

Le carbure de silicium joue un rôle important dans le domaine des dispositifs électroniques de puissance, tels que les onduleurs et les onduleurs solaires, qui nécessitent des convertisseurs de puissance à haute tension, à haute température et à haute fréquence. En outre, le carbure de silicium est largement utilisé dans les dispositifs optoélectroniques, tels que les led bleues et les diodes laser.

Le nitrure de Gallium excelle dans les appareils à haute densité de puissance, adaptés aux amplificateurs de puissance, aux amplificateurs de puissance RF et aux appareils à micro-ondes dans des applications telles que les stations de base de communication 5G et les systèmes radar. De plus, le nitrure de gallium trouve de vastes applications dans les appareils optoélectroniques, tels que les led bleues et les lasers.

Bien que le carbure de silicium et le nitrure de gallium possèdent déjà des bandgaps larges, il est encore possible d’élargir leurs bandgaps théoriquement. Des procédés tels que l’alliage, l’ingénierie par déformation, la structuration à l’échelle nanométrique et le dopage peuvent encore augmenter l’interstice entre le carbure de silicium et le nitrure de gallium. Cependant, pour obtenir un espacement de bande beaucoup plus large, il peut être nécessaire de surmonter des défis tels que la stabilité des matériaux, le contrôle des processus de croissance et la distribution uniforme des impuretés. Ainsi, bien que cela soit théoriquement possible, la réalisation d’un écart de bande nettement plus large peut nécessiter de nouvelles recherches et des percées technologiques.

En outre, la fabrication dePlaquettes en carbure de siliciumEt les plaquettes de nitrure de gallium ont été un objectif clé dans l’industrie des semi-conducteurs. Ces plaquettes servent de substrat pour la croissance de couches épitaxiales de carbure de silicium et de nitrure de gallium, permettant la production de dispositifs électroniques et optoélectroniques à haute performance.