Bien que le silicium soit le matériau le plus utilisé pour des raisons évidentes de coût et de technologie parfaitement maîtrisée de nos jours, les composants de puissance en silicium sont limités en termes de performances électriques (notamment le problème très connu et récurrent du compromis entre la résistance à l’état passant et la tenue en tension), thermiques et électrothermiques. Or, afin de répondre aux nouvelles exigences, les performances des composants de puissance doivent être fortement améliorées.

Une solution permettant de dépasser les limites du silicium consiste à changer de matériau : les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite représentent un grand avenir pour les composants de puissance destinés à fonctionner à haute température [300-700]K et en haute tension (≥600V). Les matériaux les plus prometteurs sont le carbure de silicium (SiC), le nitrure de gallium (GaN) et le diamant. Par rapport au silicium, les principaux bénéfices apportés par ces matériaux sont un bon fonctionnement sur une large gamme de température, un champ critique de claquage élevé, une saturation élevée de la vitesse de dérive des électrons, une grande conductivité thermique et une grande largeur de bande interdite.

Les travaux de recherche sur les interrupteurs de puissance en nitrure de gallium sont récents. Durant les années 2001-2005, on a pu noter des progrès substantiels mais essentiellement limités à des composants de puissance normally-on (HEMT principalement). Ainsi, dans ce domaine de la puissance, les évolutions des technologies des semi-conducteurs permettent de positionner le Nitrure de Gallium (GaN) comme un matériau d’avenir qui mérite un véritable investissement en R&D. De plus, contrairement au Carbure de Silicium (SiC) qui doit obligatoirement être réalisé par croissance cristalline sur substrat de même composition, le GaN peut être déposé par hétéro-épitaxie sur des substrats silicium permettant ainsi une production sur des tranches de surface plus importante (150 mm), moyennant la mise en œuvre de solutions innovantes.

Grâce à ces propriétés physiques, le diamant est le matériau idéal pour l’électronique de puissance. Cependant la qualité actuelle et les dimensions des couches sont des obstacles au développement de la filière diamant dans le monde. Toutefois quelques démonstrateurs notamment des diodes Schottky ont déjà été réalisés et ont ainsi pu démontrer le potentiel du diamant comme matériau pour l’électronique de puissance. Le savoir faire du LAAS en technologie silicium est actuellement un atout pour développer les briques technologiques essentielles à la réalisation de composants de puissance (haute tension, haute température) à base de diamant.