Stratégies matériau pour le développement du carbure de silicium cubique, pour les applications en électronique de puissance – MUSiCAL

L’efficacité énergétique est inscrite sur toutes les feuilles de route de la transition énergétique. En 2020, 27.6 % de toute la consommation d'énergie en France est d'origine électrique, avec une forte tendance à la hausse, tirée par le développement du véhicule électrique. L’amélioration des systèmes de conversion, qui permettent la gestion des flux d’électricité entre la production, le
stockage temporaire et la charge (l’utilisateur) représente ainsi un enjeu considérable. C’est le domaine de l’électronique de puissance, dans lequel la rupture technologique apportée par les semi-conducteurs à large bande interdite (WBG), permet aux systèmes électroniques d’être plus compacts, plus légers, plus rapides et beaucoup plus efficaces que les technologies à base de Silicium. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau de choix pour ces applications. Cependant, la structure hexagonale 4H-SiC, qui est le matériau industriel, ne parvient pas à produire des MOSFETs ayant les performances attendues. Il présente en effet une faiblesse critique qui est sa capacité de commutation, due à une forte densité d'états d'interface limitant fortement le transport d'électrons dans le canal. La forme cubique du SiC (3C-SiC) peut résoudre cette limitation intrinsèque. Le projet MUSiCAL vise à démontrer pour la première fois l’obtention de plaquettes de 3C-SiC de qualité compatible avec la fabrication d’un transistor MOS de haute performance. Le défi réside dans la réduction de la densité de fautes d’empilement (SF), défauts électriquement actifs dans le 3C-SiC, à une densité inférieure à 500/cm. Par une stratégie originale, ce projet s’attache à lever les deux verrous technologiques principaux : i) la disponibilité de germes de 3C-SiC par l’hétéroépitaxie de 3C-SiC (111) sur 4H-SiC couplée à un transfert de couche sur un substrat hôte, ii) le développement d’un procédé de croissance en solution de type TSM (traveling solvent method) adapté à l’obtention d’une qualité ultime.