Les revenus mondiaux provenant des ventes de semi-conducteurs de puissance SiC et GaN devraient atteindre 2,5 milliards de dollars en 2023, contre seulement 150 millions de dollars en 2013, selon le rapport « Le marché mondial des semi-conducteurs de puissance SiC et GaN - Édition 2014 » d'IHS Inc.
Les semi-conducteurs de puissance SiC et GaN s'efforcent depuis quelques années de s'imposer dans des applications clés. Cependant, environ 15 % du marché final pourrait être constitué de nouvelles applications utilisant ces technologies, issues de dispositifs dont la production n'est pas attendue avant deux à trois ans. Outre les marchés des véhicules hybrides et électriques eux-mêmes, il apparaît désormais évident que le marché des infrastructures de recharge pour véhicules électriques – notamment les bornes de recharge pour véhicules hybrides et hybrides rechargeables – représente également un secteur potentiellement intéressant pour les dispositifs SiC et GaN. En
l'absence de norme internationale pour les infrastructures de recharge des véhicules hybrides (VHE), plusieurs normes concurrentes décrivent différents niveaux ou modes de recharge en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC). Tous les niveaux de courant alternatif peuvent être envisagés pour les systèmes électromécaniques, qui nécessitent peu, voire pas du tout, de semi-conducteurs de puissance. Le rapport d'IHS ne prend donc en compte que la charge en courant continu (CC) ou « charge rapide », car ces systèmes sont des alimentations AC-DC convertissant le courant secteur (généralement triphasé) en courants très élevés, de 125 à 400 ampères (A) sous une tension continue de 480 à 600 volts, pour une puissance maximale de 240 kilowatts (kW).
Les applications de charge sans fil, qui transmettent l'énergie par voie aérienne plutôt que par câbles, nécessitent une proximité dans un rayon défini. Cette technologie se répand de plus en plus dans les téléphones mobiles, les consoles de jeux, les ordinateurs portables, les tablettes, les véhicules électriques et autres produits grand public.
L'utilisation de semi-conducteurs de puissance en SiC et GaN sera négligeable dans les solutions de charge par induction, conçues pour être conformes aux normes Qi du Wireless Power Consortium (WPC) ou aux normes de la Power Matters Alliance (PMA), car les MOSFET sont parfaitement adaptés aux basses fréquences en jeu. À l'inverse, la rapidité de commutation des semi-conducteurs de puissance SiC et GaN est idéale pour les applications de transfert d'énergie par résonance magnétique, qui offrent d'excellentes performances aux hautes fréquences de la norme A4WP (Alliance for Wireless Power).
De nombreuses applications électroniques grand public utilisant des tensions relativement basses, les dispositifs GaN sont plus adaptés. Le seul domaine d'application convenant aux dispositifs de puissance SiC est la recharge sans fil des véhicules électriques à batterie, tels que les véhicules hybrides rechargeables (PHEV).
Les éoliennes et les systèmes de traction sont deux autres applications susceptibles d'utiliser des modules de puissance SiC. Dans les deux cas, les principaux obstacles à l'adoption de ces modules sont leur coût élevé, leur fiabilité éprouvée et la rareté des modules à courant nominal élevé, et notamment des modules SiC complets. Ces deux applications nécessitent généralement des modules de 1 700 V, une tension pour laquelle peu de transistors SiC ont été développés. Des essais sont en cours, mais la production commerciale ne devrait pas débuter avant 2016 ou 2017.
Les technologies SiC haute tension offrent de nombreuses perspectives pour de nouvelles applications médicales et industrielles. Pour les dispositifs GaN basse tension, de nombreuses applications émergentes, telles que le suivi logistique sans fil, la détection par laser et radar (LIDAR), les amplificateurs audio de classe B et les dispositifs médicaux, devraient connaître une forte croissance à l'avenir.
Le principal moteur de cette croissance sera la rapidité avec laquelle les dispositifs SiC et GaN atteindront la parité de prix et des performances équivalentes à celles des MOSFET, IGBT ou redresseurs en silicium. Cette parité est prévue pour 2020, et le marché de la puissance SiC et GaN devrait connaître une croissance substantielle jusqu'en 2023.
Par Richard Eden, analyste principal – Semiconducteurs de puissance, IHS Technology
