« Nous voyons nos wafers diamants dans l’électronique de puissance des véhicules électriques de demain », lance Khaled Driche de DIAMFAB
Lors du « Forum 5i », événement annuel met en lumière les innovations phares de la région Grenoble-Alpes, la deeptech DIAMFAB a présenté une technologie de rupture, particulièrement prometteuse : des wafers à base de diamants pour l’électronique de puissance. Décryptage avec Khaled Driche, CTO et co-fondateur de la jeune pousse.
« Inventons le monde d’après » : c’était l’objectif visé par le « Forum 5i », organisé par la métropole Grenoble-Alpes jeudi 1er juillet, au cours duquel une trentaine de laboratoires ou jeunes pousses de la région ont pu présenter leurs innovations. Parmi les technologies de rupture les plus innovantes pour anticiper « le monde d’après », DIAMFAB, une spin-off issue du CNRS et fondée en mars 2019. L’équipe de chercheurs et chercheuses de la startup parvient à faire croître du diamant synthétique « de très haute qualité » pour des applications électroniques comme les semi-conducteurs. Retour sur cette technologie et les ambitions de DIAMFAB avec Khaled Driche, CTO et co-fondateur, rencontré par Industrie & Technologies lors du forum grenoblois.
Industrie & Technologies : Le silicium domine toujours l'électronique de puissance, même si les transistors en nitrure de gallium (GaN) et carbure de silicium (SiC) se développent. Du diamant, c’est surprenant. Pourquoi ce choix ?
Khaled Driche : Le diamant pur résiste à des conditions extrêmes de température ainsi qu’aux rayons gamma (donc à la radioactivité) et il permet une bonne dissipation thermique… ce qui est particulièrement intéressant pour les applications d’électronique de puissance en haute tension. Il devient en effet possible de réduire largement, voire de supprimer, le système de refroidissement d'un convertisseur de puissance et de réduire ainsi le poids et le volume du convertisseur de jusqu'à 80%.
Autre caractéristique, le champ de claquage du diamant [valeur maximum du champ électrique que le milieu peut supporter avant le déclenchement d’un arc électrique, ndlr] tourne autour de 10 MV/cm – soit 30 fois plus que le silicium –, ce qui permet aux diodes et transistors en diamant de supporter des tensions de plusieurs milliers de volts à l’état bloquant.
Justement, le diamant est considéré comme un isolant, pas comme un semi-conducteur…
C’est vrai. La « bande interdite » [écart énergétique entre la bande de valence et la bande de conduction, soit la barrière que doivent franchir les électrons pour participer à la conduction de courant électrique, ndlr] du diamant pur est large (environ 5,5 électrons-volts (eV)). C’est cinq fois plus que celle du silicium, qui tourne autour de 1,1 eV ! Cela a valu au diamant d’être longtemps considéré comme un isolant… mais tout a changé depuis que nous parvenons à le doper ! C’est le principe d’un semi-conducteur.
Avec quel matériau dopez-vous le diamant ?
Notre savoir-faire consiste à doper le diamant au bore, ce qui lui confère une propriété de conduction électrique. Nous faisons du dopage in-situ, c’est-à-dire que nous incorporons les espèces dopantes pendant la croissance. Et nous maîtrisons parfaitement les épaisseurs de couches de diamant : nous garantissons d’ailleurs leur « qualité électronique », de 2 nanomètres (pour les applications quantiques) à… 10 micromètres (pour les hautes tensions).
Comment vous y prenez-vous ?
Pour synthétiser le diamant dopé au bore, nous utilisons un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes appelé « Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition » (MWPACVD). L’idée consiste à remplacer quelques-uns des atomes de carbone qui composent le diamant par des atomes de bore, ce qui est possible, sous certaines conditions de pression et de température, en injectant de l’hydrogène et du méthane, ainsi que le fameux bore. En moyenne, sur 1 000 atomes de carbone, nous en substituons un par un atome de bore.
Quels sont les premiers marchés que vous visez ?
Nous sommes en train de travailler sur la preuve de concept pour le marché des avions hybrides électriques. Notre étude de cas pour l’électronique de puissance embarquée dans l’aéro est très encourageante : grâce à nos wafers de diamant, nous gagnerions près de 1800 kg, ce qui représenterait une économie de plus d’un million d’euros sur le kérosène.
D’ici la fin de l’année nous souhaitons également mettre au point un démonstrateur dans les secteurs du nucléaire et du spatial. Alors qu’aujourd’hui l’électronique de puissance à base de silicium est blindée et éloignée du réacteur nucléaire, notre solution diamant – qui peut fonctionner sous des taux de radiations supérieurs à 1 mégagray (MGy) – pourrait être disposée à l’intérieur même du réacteur.
Quelles sont vos perspectives sur le plus long terme ?
Nous sommes également en lien avec des grands groupes industriels comme General Electric, qui aurait des besoins dans ses fonderies par exemple, et nous étudions le marché des réseaux électriques de haute puissance. Et d’ici une dizaine d’année, nous espérons bien nous imposer sur le marché de masse des véhicules électriques, pour leurs onduleurs et leurs chargeurs embarqués notamment.
D’ici là, le premier semestre 2022 représente une étape importante, puisque nous organiserons notre première levée de fonds.
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