Technologie des transistors au nitrure de gallium

Cet article fait partie du N°111 de La Revue 3EI [7] de janvier 2024.

Les convertisseurs électroniques de puissance reposent sur des composants à semi-conducteur, et notamment les transistors et les diodes, qui sont réalisés à partir du silicium depuis plus d’un demi-siècle. Remplacer le silicium par des semiconducteurs à grand gap comme le nitrure de gallium (GaN) est une rupture technologique qui est susceptible de présenter de nombreux avantages. Ainsi, cette nouvelle technologie permet de réduire les pertes par conduction et par commutation, diminuant les besoins de refroidissement. De plus, les transistors GaN commutent très rapidement, ce qui permet d’augmenter la fréquence de travail des convertisseurs et donc de diminuer le volume des éléments passifs. Ainsi, l’adoption du GaN permettrait de réduire le poids des convertisseurs et d’augmenter leur rendement, autrement dit d’accroitre leur densité massique de puissance.

Cet article vise à donner au lecteur les éléments nécessaires pour appréhender les enjeux de la révolution qui s’opère actuellement en électronique de puissance avec l’arrivée de cette nouvelle technologie de composants, tant en termes de structures de conversion qu’en termes d'enjeux sociétaux d’applications et de performances mais aussi de contraintes nouvelles notamment en compatibilité électromagnétique.

Contenu de la ressource :

1. Propriété du nitrure de gallium
   1. Bref historique
   2. Avantages du matériau GaN
   3. Importance du substrat
2. Structures de transistors GaN de puissance
   1. HEMT (HFET)
   2. Structures verticales
3. Phénomène d’effondrement du courant (current collapse)
4. Utilisation du GaN dans des convertisseurs
5. Conclusion et futures tendances