Le marché émergent des semiconducteurs de puissance au carbure de silicium (SiC) et au nitrure de gallium (GaN) devrait dépasser le milliard de dollars en 2021, stimulé par la demande des véhicules hybrides et électriques (EV), des alimentations et des onduleurs photovoltaïques (PV), selon Omdia.

Selon le cabinet d’études américain, les revenus mondiaux provenant des ventes de semiconducteurs de puissance SiC et GaN devraient atteindre 854 millions de dollars d’ici la fin de 2020, contre seulement 571 millions de dollars en 2018. Ce marché devrait progresser à un rythme annuel moyen à deux chiffres pour la prochaine décennie, dépassant les 5 milliards de dollars américains d’ici 2029.

Pour autant, cette projection du marché à long terme est inférieure d’environ 1 milliard de dollars aux estimations précédentes d’Omdia. En effet, la demande pour presque toutes les applications a ralenti depuis 2018. De plus, les prix moyens des composants ont chuté en 2019, explique Omdia.

Les diodes Schottky SiC sont apparues sur le marché depuis plus d’une décennie, tandis que les MOSFETs SiC (metal-oxide semiconductor field-effect transistors) et les JFETs SiC (junction-gate field-effect transistors) sont plus récents. Les modules de puissance SiC sont également de plus en plus disponibles, y compris des modules SiC hybrides, associant des diodes SiC avec des IGBTs sur silicium, ainsi que des modules SiC complets associant MOSFETs SiC avec ou sans diodes SiC. Les MOSFETs SiC se révèlent très populaires auprès des fabricants, plusieurs sociétés les proposant déjà. Plusieurs facteurs ont entraîné une baisse de leurs prix moyens en 2019, notamment l’introduction de MOSFET SiC 650, 700 et 900 volts à des prix comparables à ceux des MOSFET à superjonction silicium, ainsi qu’une concurrence accrue entre les fournisseurs.

« La baisse des prix devrait accélérer l’adoption de la technologie des MOSFETs SiC. En revanche, les transistors de puissance GaN et les circuits intégrés GaN ne sont apparus sur le marché que récemment. Le GaN est un matériau qui offre des avantages de performances similaires à ceux du SiC, mais avec un potentiel de réduction des coûts plus élevé. Ces avantages en termes de prix et de performances sont possibles parce que les composants de puissance GaN peuvent être réaliser sur des substrats silicium ou corindon, qui sont moins chers que le SiC. Bien que des transistors GaN soient maintenant disponibles, les ventes de circuits intégrés GaN, de sociétés telles que Power Integrations, Texas Instruments et Navitas Semiconductor devraient augmenter à un rythme plus rapide », a déclaré Richard Eden, analyste principal pour les semiconducteurs de puissance chez Omdia.

D’ici la fin de 2020, les MOSFET SiC devraient générer des revenus d’environ 320 millions de dollars soit une taille équivalente à celle du marché des diodes Schottky, avance Omdia. À partir de 2021, les MOSFETs SiC augmenteront à un rythme légèrement plus rapide pour devenir le dispositif d’alimentation SiC discret le plus vendu. Parallèlement, les JFETs SiC devraient générer des revenus beaucoup plus faibles que ceux des MOSFET SiC, malgré une bonne fiabilité et de bonnes performances. Ils devraient rester des produits de niche spécialisés.

Les modules de puissance SiC hybrides, combinant des IGBT silicium et des diodes SIC, auraient généré environ 72 millions de dollars de ventes en 2019, les modules de puissance entièrement SiC ayant généré environ 50 millions de dollars en 2019. Ces derniers devraient représenter plus de 850 millions de dollars de revenus d’ici 2029, car ils seront préférés pour une utilisation dans les onduleurs de groupes motopropulseurs de véhicules hybrides et électriques. En revanche, les modules de puissance SiC hybrides seront utilisés dans les onduleurs photovoltaïques, les systèmes d’alimentation sans coupure et d’autres applications industrielles, principalement, offrant un taux de croissance beaucoup plus lent.

Selon Omdia, les dispositifs d’alimentation SiC et GaN bénéficient désormais de milliards d’heures de fonctionnement sur le terrain. Les fournisseurs, même les nouveaux entrants sur le marché, le démontrent en obtenant les approbations JEDEC et AEC-Q101. Il ne semble pas y avoir de problèmes de fiabilité inattendus avec les dispositifs SiC et GaN ; en fait, ils apparaissent généralement meilleurs que le silicium, avance Omdia. Les MOSFETs SiC et les JFETs SiC sont disponibles à des tensions de fonctionnement plus faibles, telles que 650V, 800V et 900V, permettant au SiC de concurrencer les MOSFETs silicium à superjonction à la fois en termes de performances et de prix.

Les produits finaux avec transistors GaN et circuits intégrés GaN sont en production de masse, en particulier pour les adaptateurs d’alimentation et les chargeurs USB de type C pour une charge rapide des téléphones portables et des ordinateurs portables. De plus, de nombreux composants GaN sont fabriqués par des fondeurs, -en faisant croître des cristaux GaN sur des tranches de silicium standard-, offrant une expansion de la capacité de production potentiellement illimitée à mesure que les volumes augmenteront, souligne Omdia.