Toutes les puces critiques ne souffrent pas de pénurie

Tout le monde est conscient de la pénurie de puces à base de silicium utilisées dans l’électronique automobile. Les pénuries ont de nombreuses raisons, des usines passant à l’électronique liée au COVID à la vague de Makimoto. La pénurie a soulevé le grave problème de la dépendance des États-Unis à l’égard des approvisionnements étrangers, comme l’a démontré le récent décret du président Joe Biden appelant à une révision des chaînes d’approvisionnement pour les produits critiques.

Ce n’est un secret pour personne que les États-Unis perdent leurs capacités de fabrication de semi-conducteurs depuis un certain temps. La part des États-Unis dans la fabrication mondiale de semi-conducteurs est à peine de 12 %, contre 37 % en 1990, selon un rapport de la Semiconductor Industry Association.

La pénurie de puces automobiles a provoqué un ralentissement de la production automobile, qui à son tour a entraîné des licenciements dans les usines de fabrication de voitures et a même forcé les concessionnaires automobiles à changer la façon dont ils annoncent et font la promotion de leurs inventaires de véhicules.

Pour s’adapter à l’évolution des défis de l’approvisionnement, les concessionnaires mettent désormais en œuvre davantage de techniques de publicité « juste à temps » pour utiliser des ressources analytiques et numériques pour les aider à décider ce qui se vend en temps réel, a noté Jeremy Anspach de PureCars. Les constructeurs automobiles ne veulent pas faire la promotion d’un véhicule qui pourrait ne pas être sur le terrain lorsque les clients arrivent au showroom.

Bien que les pénuries de puces soient réelles et une préoccupation majeure, les nouvelles ne sont pas toutes mauvaises. Pour comprendre pourquoi il faut se rendre compte que le silicium n’est pas le seul matériau semi-conducteur disponible pour l’électronique.

Lorsque la plupart des gens pensent au monde des semi-conducteurs, ils pensent aux puces de silicium (Si). Ceci est compréhensible car les matériaux Si dominent le marché. Mais il existe d’autres matériaux qui peuvent être utilisés pour fabriquer des puces critiques et qui ne souffrent pas de pénurie.

Deux types de matériaux semi-conducteurs dominent le marché mondial : les monocristaux et les composés. Le silicium et le germanium sont des semi-conducteurs monocristallins tandis que l’arséniure de gallium (GaAs), le nitrure de gallium (GaN) et d’autres sont des semi-conducteurs composés. Les semi-conducteurs les plus couramment utilisés sont le silicium (Si), le germanium (Ge) et l’arséniure de gallium (GaAs).

Mais en cette période de pénurie de puces à base de silicium, ce sont les composés GaN qui sont sortis vainqueurs – pour l’instant. Par exemple, GaN Systems a récemment annoncé la livraison de 20 millions de transistors GaN et augmente considérablement sa capacité en prévision de futures commandes.

L’électronique automobile d’aujourd’hui repose fortement sur des transistors de puissance à base de silicium, mais les dispositifs à base de nitrure de gallium (GaN) ont pris pied sur le marché. Maintenant que les puces de silicium sont confrontées à une pénurie mondiale, cette emprise se transforme en une place forte.

« Des entreprises mondiales conçoivent et expédient désormais des produits avec GaN », a expliqué Jim Witham, PDG de GaN Systems. « Nous avons vu le GaN devenir de plus en plus pertinent dans les chargeurs pour téléphones et ordinateurs portables, les amplificateurs audio de classe D, les alimentations des centres de données, les moteurs d’usine, etc.

Comparer des pommes avec des oranges

Il faut être prudent lorsqu’on compare les puces de silicium – actuellement en pénurie – avec d’autres matériaux semi-conducteurs à base de gallium et même de germanium.

Le nitrure de gallium fonctionne bien dans les dispositifs de puissance à semi-conducteurs ainsi que dans les composants RF et les diodes électroluminescentes (DEL). Il a gagné en popularité par rapport aux puces à base de silicium (telles que le carbure de silicium (SiC) dans les applications de conversion de puissance, RF et analogiques.

Les cristaux de nitrure de gallium peuvent être cultivés sur divers substrats, notamment le saphir, le carbure de silicium (SiC) et le silicium (Si). L’avantage de la croissance d’une couche épitaxiale de GaN au-dessus du silicium est que l’infrastructure de fabrication de silicium existante peut être utilisée, éliminant ainsi le besoin de processus supplémentaires et de production spécialisée coûteuse. Une façon de faire croître une couche épitaxiale sur un substrat de silicium consiste à chauffer ce dernier de telle sorte que les premières couches de matériaux cristallins se combinent avec la couche cristalline du substrat.

« Le marché du nitrure de gallium croît comme une mauvaise herbe », note Walden C. Rhines, PDG de Cornami et PDG émérite de Mentor-Siemens. Ce n’est pas une remarque fortuite chez Rhines qui siège au conseil d’administration de Qorvo, l’un des principaux fournisseurs de dispositifs GaN pour les communications micro-ondes. C’est également lui qui a autorisé la première usine de Texas Instruments (TI) GaN à Dallas, au Texas, il y a plusieurs décennies. À l’époque, il s’agissait d’une fonderie commune avec Hitachi, qui a depuis été vendue à Triquint qui a ensuite fusionné avec RFMD.

Même si l’usine GaN est plus ancienne, elle est toujours située aux États-Unis.

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Le nitrure de gallium composé est important dans les puces semi-conductrices.