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– MINTEX

Résumé de soumission

Les économies d'énergie ainsi que la gestion efficace de l'énergie sont considérées comme des questions clés en regard du réchauffement du système climatique. Aujourd'hui, 40% de toute l'énergie utilisée est de nature électrique. Par conséquent, l'électronique de puissance joue un rôle croissant dans le but de contrôler le flux d'énergie entre la source, la charge et le stockage. En utilisant une électronique de puissance adaptée, il y a un énorme potentiel pour économiser de l'énergie dans les moteurs. Ceux-ci partagent en effet 50 à 60% de l'ensemble de la consommation d'énergie électrique dans le monde développé. Dans cet axe, le développement d?une électronique de puissance basée sur le carbure de silicium (SiC) apparaît comme l'un des choix les plus prometteurs et réalistes pour l'avenir. Toutefois, la technologie SiC souffre encore de la disponibilité de plaquettes monocristallines, à faible coût et de haute qualité. D?une manière générale, le procédé industriel pour la croissance de lingots de SiC (procédé de sublimation, ou plus généralement de croissance en phase vapeur) présente encore un mauvais rendement, avec presque aucun espoir d'améliorations spectaculaires en termes de densité de défauts étendus. Il existe en effets plusieurs limites intrinsèques liées au procédé, telles que i) les champs de concentration non stationnaires dans la cavité de croissance, ii) la très haute température et les forts gradients thermiques, iii) la forte sursaturation. Ces points affectent directement le contrôle du procédé, la qualité structurale des cristaux et l'homogénéité du dopage. Pour résumer, l?hégémonie de la méthode de sublimation est le fruit d?une longue histoire, mais elle est aussi objectivement la pire méthode pour obtenir un cristal exempt de défaut. Nous proposons dans ce projet de développer une approche de rupture, qui est intrinsèquement capable de résoudre, une fois pour toutes, les problèmes liés à la croissance des cristaux de SiC. L'objectif principal est de démontrer la possibilité de faire croitre un cristal parfait de SiC. Ainsi, le projet vise à étudier toutes les briques scientifiques et technologiques de base nécessaires pour développer un procédé de cristallogenèse en solution à haute température. Les différents points qui seront abordés sont : ? La démonstration d'un procédé qui est industrialisable ? La croissance de monocristaux "parfaits" de 4H et 6H-SiC. Dans ce but, une étude de la nucléation, de l'évolution et de l'élimination des défauts sera réalisée. L'accent sera mis sur l?étude des interactions multi-échelles entre le front de croissance les défauts étendus. ? Le développement d'autres structures intéressantes du SiC (3C-SiC). ? La validation de l?excellence des plaquettes par la réalisation d?une couche épitaxiale active par Epitaxie en Phase Vapeur (VPE). Le programme scientifique est composé de 5 tâches, toutes pouvant se dérouler en parallèle. Les conditions de réussite sont i) la compréhension complète des interactions macroscopiques et microscopiques entre les défauts étendus et le front de croissance (tâches 3 et 4), ii) d'établir un lien entre ces phénomènes avec le procédé de croissance (tâche 2), iii) sur la base de ces deux étapes, de sélectionner les conditions de croissance les plus appropriées (paramètres de procédé, direction de croissance, mode de croissance adapté...) de manière à éviter ou éliminer tout défaut étendu et enfin iv) d?élaborer une couche épitaxiale (tâche 5). Pour les tâches 2,3 et 4, un soin particulier sera mis dans la modélisation des différents phénomènes, afin de fournir une description à la fois qualitative, mais aussi quantitative des phénomènes. La tâche n ° 1 est seulement technique, elle regroupe tous les travaux techniques nécessaires à une mise en ?uvre efficace du programme scientifique. L'équipe réunie dans le cadre du projet permet la mise en place d?une stratégie globale, couplant expérimentation, modélisation-simulation numérique et caractérisation. Les retombées scientifiques et techniques sont très importantes dans la mesure où ce projet porte sur de nombreux aspects fondamentaux du génie des procédés de la croissance cristalline, mais aussi sur l'interaction entre les défauts étendus et le front de croissance. Même si l'ensemble du projet est axé sur SiC, il traite de phénomènes généraux qui doivent être soigneusement étudiés. Ce type de recherche génère habituellement un très important savoir-faire. Une attention particulière sera accordée à l'intégration de ce savoir-faire, en gardant à l'esprit une probable exploitation industrielle. En cas de succès, il ne fait aucun doute que ce projet sera un percée scientifique et technologique dans la longue histoire de carbure de silicium et qu'il attirera l'intérêt de l'ensemble de la communauté académique et industriel.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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