Le transistor à jonction SiC nouvellement créé et ses caractéristiques électriques de la température ambiante à 600 °C. Crédit : Science Graphics, d’après APL Electronic Devices (2026). DOI : 10.1063/5.0346734
Depuis plus de vingt ans, le carbure de silicium (SiC) est présenté comme la clé du développement de l’électronique pour environnements extrêmes. Pourtant, malgré son potentiel, le domaine est resté bloqué au stade de la recherche fondamentale, sans aboutir à la mise au point de dispositifs pratiques. Une équipe de chercheurs de l’Université de Kyoto s’est attelée à changer la donne.
« Nous pensons que ce manque de développement est dû au fait que la communauté scientifique a tenté d’appliquer des méthodes de recherche héritées de l’ère du silicium à un matériau fondamentalement différent », explique Mitsuaki Kaneko, premier auteur d’une nouvelle étude publiée dans APL Electronic Devices .
L’équipe s’est concentrée sur les transistors à effet de champ à jonction (JFET). Des recherches antérieures ont suggéré que les JFET complémentaires, basés sur des JFET en SiC, pouvaient être utilisés dans des circuits intégrés basse consommation pour fonctionner dans des environnements extrêmes. Cependant, les JFET précédemment créés par les chercheurs – dotés de structures à grille supérieure conventionnelles fabriquées sur des substrats semi-isolants en SiC – présentaient une faible contrôlabilité et d’importants courants de fuite à haute température. Ceci a motivé l’équipe à résoudre ces deux problèmes, dont elle savait qu’ils seraient essentiels pour une application pratique.
« Notre objectif est d’ouvrir une nouvelle voie grâce à des JFET complémentaires conçus pour exploiter les propriétés intrinsèques du SiC lui-même », déclare Kaneko.
Plutôt que de tout développer de zéro, l’équipe a délibérément utilisé des méthodes de fabrication standard pour construire sa nouvelle structure JFET, en adoptant une conception à grille inférieure afin d’améliorer la contrôlabilité de la tension de seuil. Les chercheurs ont également utilisé une isolation par puits quantique plutôt qu’un substrat semi-isolant pour supprimer le courant de fuite à haute température.
Le résultat fut une nouvelle structure de transistor en SiC qui fonctionna avec succès dès le premier essai. Une fois la nouvelle conception finalisée, l’équipe démontra que son dispositif pouvait fonctionner correctement à 600 °C (1 112 °F). L’adoption d’une structure à grille inférieure a considérablement amélioré la contrôlabilité de la tension de seuil du transistor et réduit drastiquement le courant de fuite, qui est désormais très proche de la limite théorique prédite à partir des propriétés du SiC.
Cette étude montre que le SiC est déjà une technologie mature pour les dispositifs de puissance et démontre le potentiel de la nouvelle structure à grille inférieure développée pour la mise en œuvre de circuits intégrés à base de SiC fiables et fonctionnant à des températures extrêmes.
Cependant, de nombreux défis restent à relever avant la mise en œuvre pratique. L’équipe entend les aborder un à un : créer des circuits plus complexes, passer à une production à l’échelle de la plaquette et garantir la robustesse de l’ensemble du dispositif dans des environnements extrêmes.
