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講到肖特基勢壘二極管，不明所以然的朋友還是會問：為什么叫“肖特基”？肖特基勢壘二極管跟肖特基二極管又是什么關系？......所以，本章節要跟大家分享的就是關于溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的相關知識。

一、肖特基勢壘二極管的發展歷史

其實，很難說的清楚，肖特基勢壘二極管是誰最先發明的，因為貓須二極管本質上也是肖特基勢壘二極管。肖特基勢壘二極管是在中度摻雜的半導體材料上與金屬融合而形成的，二堡二極管與此類似。所以，大眾暫時把肖特基勢壘二極管以德國物理學家沃爾特·H·肖特基（Walter.H.Schotty）為發明人并用其名字命名，同時，也是他研究了金屬-半導體結的物理現象。

二、肖特基勢壘二極管的介紹

肖特基勢壘二極管，英文全稱：SchottkyBarrierDiode，縮寫成SBD，而我們常說的“肖特基二極管”是它的一種簡稱。肖特基勢壘二極管（SBD）不是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理制作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結原理制作的。因此，肖特基勢壘二極管（SBD）也稱為金屬－半導體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，它是一種熱載流子二極管，利用PN結的肖特基勢壘來實現整流、選擇、開關、調制等功能。

三、肖特基勢壘二極管（SBD）的工作原理

肖特基勢壘二極管（SBD）是以貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。

因為N型半導體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為B→A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產生從A→B的漂移運動，從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。

典型的肖特基整流管的內部電路結構是以N型半導體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅（SiO2）來消除邊緣區域的電場，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻，其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調整結構參數，N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘，如圖所示。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。

綜上所述，肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管，而把金屬-半導管整流管叫作肖特基整流管，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基勢壘二極管（SBD）也已問世，這不僅可節省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數的一致性。

簡單來說，肖特基勢壘二極管（SBD）的PN結由p型半導體和n型半導體直接接觸而成。不同于普通的PN結二極管，肖特基勢壘二極管（SBD）只有一個金屬與p型半導體相連接，這個金屬與半導體相接處被稱為肖特基勢壘。當在肖特基勢壘二極管（SBD）的p區施加穩定的正向偏置電壓時，p區中的載流子可以被注入至n區，形成一個空間電荷區，并增大肖特基勢壘二極管（SBD）的導電性能，使其能夠承受更大的電流。反之，在反向偏置時，空間電荷區被擴散和縮小，從而理論上可以獲得比標準 PN 結二極管更好的開關速度。

通過上面簡述肖特基勢壘二極管（SBD）后，相信大家都有了一個最基本的了解，那我們就開始切入正題，講講溝槽式MOS勢壘肖特基二極管的種種吧。

四、溝槽式MOS勢壘肖特基二極管的簡介

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管，英文全稱：Trench MOS Barrier Schottky Diode，簡稱：TMBS，是針對傳統平面肖特基二極管的性能瓶頸優化而來的復合結構功率半導體器件，融合了溝槽MOS的場調制能力與肖特基結的低損耗特性，核心目標是提升反向阻斷能力并保持肖特基二極管的高頻優勢。

大家都知道：傳統平面肖特基二極管存在鏡像力導致的勢壘降低效應，使其反向阻斷能力受到影響。為了抑制此不利因素，提高肖特基器件性能，在1993年，Mehrotra M及Baliga BJ首次提出TMBS器件（如下圖），解決了傳統平面肖特基二極管在高壓應用中面臨的性能瓶頸。

所以TMBS的名稱也是來源于其結構及工作原理，肖特基勢壘二極管（SBD）憑借其極低的正向導通壓降（VF）和幾乎為零的反向恢復時間（Trr），在現代電子技術中占據舉足輕重的地位。

五、溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）器件的結構

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）器件結構與平面肖特基二極管相比，就是在外延層表面多了一些刻蝕出來的溝槽，溝槽里填充導電材料（通常是多晶硅）（如下圖）。

下面詳細講一下溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）器件的結構，其主要包含溝槽柵MOSFET結構、肖特基勢壘接觸及電荷耦合效應三個核心部分，具體如下：

1、溝槽柵MOSFET結構

在N型外延層表面通過干法刻蝕形成深溝槽，溝槽內填充重摻雜N型多晶硅（如硅化鋁或碳化硅），內壁覆蓋SiO?介質層隔離。溝槽之間形成柵極氧化層，形成溝槽柵結構，用于在反向偏置時對溝槽間的N型外延層進行橫向耗盡。

2、肖特基勢壘接觸

溝槽頂部通過金屬（如鋁、鈦或鈦合金）與N型外延層形成肖特基勢壘接觸，構成器件陽極。金屬選擇及合金比例直接影響正向壓降和反向漏電流。

順便講一下肖特基勢壘接觸吧：

肖特基勢壘接觸（Schottky Contact）是金屬與半導體材料直接接觸時，在界面處形成的一種具有整流特性的非線性電學接觸，與PN結類似的單向導電性（如下圖）。1938年德國物理學家肖特基（Schottky）較好的解釋這種接觸整流機理，因此以他的名字命名。

而金屬與半導體的功函數差異就是實現肖特基勢壘接觸的關鍵，功函數就是電子從材料內部（費米能級處）移動到真空中所需的最小能量。

當金屬與N型半導體（低摻雜）接觸時，如果金屬的功函數大于N型半導體的功函數（Wm > Ws），電子會從半導體流向金屬，以降低整個系統的總能量。這種電荷轉移導致接觸面金屬側帶負電，而半導體側由于失去電子而帶正電，形成一個由半導體指向金屬的內建電場（如下圖）。

這個電場會阻礙電子的進一步流動，直到金屬和半導體的費米能級對齊，系統達到熱力學平衡狀態，形成一個對多數載流子具有阻礙作用的能量勢壘。

3、電荷耦合效應

溝槽結構使電場峰值從表面轉移到內部，形成二維擴展的耗盡區。這種效應顯著降低了金屬-半導體界面的電場強度，抑制了鏡像力導致的勢壘降低效應，從而提高反向擊穿電壓并降低正向導通壓降（VF）。

所以，溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）是通過溝槽柵MOSFET和電荷耦合效應，克服了傳統平面肖特基二極管的勢壘降低問題，實現了高壓、低導通損耗的應用。

六、溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的工作原理

肖特基勢壘二極管（SBD）是基于肖特基接觸原理開發出來的（什么是肖特基接觸？），溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）相比于普通平面肖特基多了一個電荷耦合效應，因此在反向耐壓時原理有所不同。平面結構的耗盡區僅沿縱向擴展，電場分布呈三角形，電場峰值在表面（如下圖）。

溝槽結構的耗盡區則呈現二維擴展模式。一個是在漂移區形成的肖特基結縱向耗盡；一個是溝槽多晶中的自由電荷與N-漂移區發生的電荷耦合，在漂移區形成的MOS電容橫向耗盡。當反向電壓增加時，這兩個方向的耗盡區會相互融合，最終在兩溝槽間形成一個均勻的、完全耗盡的漂移區。這種均勻的耗盡使得電場分布也變得更加平坦，形成一個近似矩形的電場分布（原理與SGT相同），有助于提高器件耐壓（如下圖）。

電荷耦合效應的存在可以在保持器件耐壓的同時增加外延摻雜濃度（N-漂移區），降低肖特基二極管正向壓降。

講到這里，一定有人會問：溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的結構為什么可以抑制勢壘降低效應？

那是因為溝槽結構通過電荷耦合效應，將電場峰值從肖特基結表面轉移到器件內部，降低了金屬-半導體界面的電場強度。鏡像力對勢壘高度的影響也隨之減小，從而顯著抑制了由該效應引起的漏電流，最后就達到了抑制勢壘降低效應。

七、溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）器件的工藝流程

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）器件的工藝流程以溝槽結構制備為核心，主要包括外延層生長、溝槽制備、柵結構形成、金屬層沉積及封裝等核心步驟，同時，該均需要在高溫真空環境下進行，確保各層質量與器件性能的穩定性。以下是具體流程：

1、外延

在高摻雜的襯底上，外延生長低摻雜的外延層N-；

2、氧化

在外延層表面淀積一層場氧層（SiO2），涂膠光刻顯影，刻蝕場氧化層形成MOS區（對應溝槽柵結構）與肖特基接觸區的窗口，用于溝槽刻蝕掩膜層；

3、Trench光刻

通過干法刻蝕（如RIE或ICP），在肖特基接觸區刻蝕第一深度溝槽（更深，用于容納肖特基金屬），在MOS區刻蝕第二深度溝槽（較淺，用于填充多晶硅形成柵極）。部分工藝會分兩次光刻：第一次刻蝕有源區溝槽與終端耐壓環溝槽，第二次處理接觸孔。

4、掩膜刻蝕

5、去膠

6、再次Trench刻蝕

7、犧牲氧化

8、氧化層去除

9、再次氧化

在溝槽內壁及表面熱生長SiO?絕緣層（厚度~50-100nm），用于隔離多晶硅與硅襯底；

10、多晶淀積

11、多晶刻蝕

通過LPCVD沉積N型重摻雜多晶硅，填充溝槽后回刻至與外延層表面齊平（或略低）。終端耐壓環溝槽的多晶硅用于增強邊緣電場調制。通過大面積刻蝕，刻蝕掉表面多晶硅；

12、SiO2淀積

13、接觸光刻

14、接觸刻蝕+去膠

在外延層表面沉積絕緣氧化層，涂膠光刻顯影，打開肖特基接觸孔（對應肖特基區溝槽頂部）；

15、勢壘金屬淀積+退火

濺射或蒸鍍肖特基金屬（如鋁、鈦鎢合金），填充接觸孔并與硅表面反應形成肖特基勢壘（通過快速熱退火RTA激活，溫度~400-500℃）。此步驟決定了器件的正向壓降與反向漏電流。退火后與低摻雜濃度的N-外延層形成肖特基接觸；

16、正面金屬淀積

17、金屬光刻+刻蝕

刻蝕掉不需要部分的金屬，用來隔離整個硅片（wafer）上的每個芯粒（die）；

18、背面減薄+金屬蒸發

將硅片減薄至~50-100μm，背面沉積歐姆接觸金屬（如鎳、鈦），再淀積背面金屬（如銀、金），形成陰極電極，從而在襯底下面形成歐姆接觸的金屬；

綜上，溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的工藝核心是通過溝槽結構實現MOS場對肖特基結的電場調制，流程涵蓋“襯底-外延-溝槽-絕緣-金屬”五大環節，每一步均需精準控制以保證器件的“高耐壓、低損耗”特性。

八、溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的性能優勢

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的核心性能優勢源于溝槽MOS結構帶來的電場調制與勢壘抑制，相比傳統平面肖特基二極管（SBD），其優勢可歸納為以下關鍵維度：

1、抑制勢壘降低效應，大幅提升反向阻斷能力

傳統平面SBD的反向耐壓受限于表面電場集中：金屬-半導體界面的強電場會引發“鏡像力效應”，吸引半導體電子降低勢壘高度，導致反向漏電流增大、擊穿電壓下降。

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）通過溝槽電荷耦合效應，將電場峰值從肖特基表面轉移至器件內部的外延層（溝槽拐角或底部）：

a.溝槽內的多晶硅自由電荷與N-漂移區形成橫向MOS電容，與縱向肖特基耗盡區相互融合，使漂移區形成均勻、完全耗盡的狀態；

b.最終電場分布從“表面三角型”變為“內部矩型”，金屬-半導體界面的電場強度顯著降低，鏡像力對勢壘的破壞被抑制，反向漏電流大幅減少。

2、更高的擊穿電壓，適配高壓場景

電荷耦合效應不僅抑制漏電，還強化了器件的耐壓能力：

a.平面SBD的擊穿電壓受限于表面電場的“尖峰”，而溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的二維耗盡區擴展使電場分布更平坦，擊穿電壓較平面結構顯著提高1的“平面與溝槽肖特基特性對比”明確顯示溝槽結構擊穿電壓更優）；

b.進一步解釋，溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）將關斷狀態下的“擊穿點”從表面轉移至內部，避免了表面缺陷對耐壓的影響。

3、更低的正向壓降，提升導通效率

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）可在保持耐壓的前提下，使用更高摻雜濃度的外延層：

a.傳統平面SBD若提高外延摻雜濃度，會加劇表面電場集中，導致反向漏電流驟增；而溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的電場調制能力允許外延層摻雜濃度提升，從而降低漂移區的電阻率；

b.更高的外延摻雜濃度直接減小了器件的正向導通電阻（RDS(on)），進而降低正向壓降（VF）；

4、繼承肖特基的高頻特性，開關速度更快

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）本質仍是肖特基二極管，保留了無少數載流子存儲效應的優勢：

a.反向恢復時間（trr）縮短至納秒級，幾乎無反向恢復電荷（Qrr），適合高頻（>1MHz）開關應用（如電源轉換、光伏逆變器）；

b.強調溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）“優異的高頻特性”；

5、參數易調，適配多樣化需求

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的溝槽結構參數（如深度、寬度、間距）可靈活調整，實現正向壓降（VF）與反向漏電流（IR）的平衡；

所以，溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的核心價值在于解決了平面SBD“高壓下反向阻斷能力弱”的痛點，通過溝槽MOS結構的電場調制，實現了“高耐壓、低漏電、低導通損耗、高頻開關”的平衡，成為電源管理、新能源汽車、光伏等領域的關鍵器件。

九、溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）與平面肖特基二極管的區別

平面肖特基二極管具有優異的高頻特性和較低的正向開啟電壓,這些獨特的性質使得其在太陽能電池,開關電源、汽車以及手機等多個領域都有著巨大的應用潛力。但是,在反向偏壓下,鏡像力導致的勢壘降低效應,導致了平面肖特基二極管阻斷能力差的缺點。

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）的結構的出現很好地解決這個問題,其主要有兩個肖特基結相結合的雙勢壘金屬肖特基結二極管器件、利用PN結與肖特基結結合的含PN結構的肖特基二極管,以及利用金屬-氧化物-半導體結構和肖特基結結合的溝槽式勢壘肖特基二極管(TMBS),并且溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）由于優異的高頻特性及結構參數的易調性,受到了更為廣泛的關注。

下面這張對比表足以很好的體現出溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）與平面肖特基二極管的區別：

十、總結一下

溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）得益于其在功率密度、效率及應用領域的顯著優勢，其前景非常廣闊。

據統計，2023年中國肖特基二極管市場規模達125億元，預計2025年新能源汽車領域需求占比將超30%2。隨著技術成熟和成本降低，溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）有望在更多場景替代傳統器件，成為功率電子領域的核心組件。所以，綜上所講，溝槽式MOS勢壘肖特基二極管（TMBS）正憑借著技術突破和多場景適配，正迎來快速發展的黃金期。

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審核編輯 黃宇