كلمة "إبيتاكسي" مشتقة من الكلمة اليونانية "إبي"، والتي تعني "فوق...". ومن هذا الأصل، يُمكن فهم التعبير الشائع "غان أون سي"، وهو بنية نتريد الغاليوم على ركيزة سيليكون. في عملية تحضير مواد أشباه الموصلات، يُعد تحضير الرقاقة حلقة وصل أساسية، تتضمن خطوتين رئيسيتين: تحضير الركيزة وعملية التكديس. الركيزة هي رقاقة مصنوعة بعناية من مواد شبه موصلة أحادية البلورة. تُعتبر حجر الأساس في أي مبنى، وتلعب دورًا أساسيًا في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات. من جهة، يُمكن للركيزة أن تدخل مباشرة في حلقة تصنيع الرقاقة لإنتاج أجهزة أشباه الموصلات المختلفة؛ ومن جهة أخرى، يُمكن استخدامها كأساس لعملية التكديس لإنتاج رقاقات متراكبة.

التكاثر الطبقي عملية حساسة للغاية وحرجة. يشير إلى عملية نمو طبقة جديدة من البلورة المفردة على ركيزة بلورية مفردة خضعت لسلسلة من المعالجة الدقيقة مثل القطع والطحن والتلميع. هناك علاقتان مختلفتان بين هذه البلورة المفردة المزروعة حديثًا والركيزة. الأولى هي أن البلورة المفردة الجديدة والركيزة هما نفس المادة، وهو ما يسمى بالنمو المتجانس؛ والثانية هي أن البلورة المفردة الجديدة والركيزة مادتان مختلفتان، وهو ما نسميه النمو غير المتجانس. نظرًا لأن طبقة البلورة المفردة الجديدة هذه ممتدة وتنمو في اتجاه الطور البلوري للركيزة، فإنها تسمى مجازيًا طبقة تكاثرية. يكون سمكها رقيقًا نسبيًا عادةً، وعادةً بضعة ميكرونات.

باستخدام السيليكون كمثال، فإن أهمية النمو الطلائي للسيليكون هي أن طبقة من البلورة بنفس اتجاه البلورة مثل الركيزة، ولكن المقاومة والسمك مختلفين، وسلامة بنية الشبكة الجيدة تنمو على ركيزة بلورية واحدة من السيليكون مع اتجاه بلوري محدد. عندما تنمو الطبقة الطلائية بنجاح على الركيزة، تسمى الكل رقاقة الطلائية. ببساطة، رقاقة الطلائية = طبقة الطلائية + الركيزة. في التصنيع الفعلي لأجهزة أشباه الموصلات، إذا تم تصنيع الجهاز على الطبقة الطلائية، فإننا نسميها الطلائية الإيجابية؛ إذا تم تصنيع الجهاز على الركيزة، فإنه يسمى الطلائية العكسية. في هذه الحالة، تلعب الطبقة الطلائية بشكل أساسي دورًا داعمًا. دعونا نلقي نظرة فاحصة على الفرق بين الطلائية المتجانسة والطلائية غير المتجانسة. في الترابط المتجانس، تتكون الطبقة الترابطية والركيزة من نفس المادة، مثل si/si (سيليكون/سيليكون)، gaas/gaas (زرنيخيد الغاليوم/زرنيخيد الغاليوم)، فجوة/فجوة (فوسفيد الغاليوم/فوسفيد الغاليوم) ومجموعات أخرى. في الترابط غير المتجانس، تتكون الطبقة الترابطية والركيزة من مواد مختلفة، مثل si/al2o3 (سيليكون/أكسيد الألومنيوم)، gas/si (كبريتيد الغاليوم/سيليكون)، gaalas/gaas (زرنيخ غاليوم ألومنيوم/زرنيخيد الغاليوم)، gan/sic (نيتريد الغاليوم/كربيد السيليكون)، إلخ.

إذن، ما هي المشاكل الرئيسية التي تحلها عملية التراكب في مجال مواد أشباه الموصلات؟ مع التطور المستمر لتكنولوجيا أشباه الموصلات، أصبحت مواد البلورة المفردة البسيطة ذات الكتلة الكبيرة أكثر صعوبة في تلبية احتياجات تصنيع أجهزة أشباه الموصلات المتنوعة والمعقدة بشكل متزايد. في هذا السياق، ظهرت في نهاية عام ١٩٥٩ تقنية نمو مادة البلورة المفردة ذات الطبقة الرقيقة - تقنية النمو التراكبي. على سبيل المثال، عندما ظهرت تقنية النمو التراكبي للسيليكون، واجه إنتاج ترانزستورات السيليكون عالية التردد وعالية الطاقة صعوبات هائلة. من منظور المبادئ الأساسية للترانزستورات، للحصول على أداء عالي التردد وعالي الطاقة، يجب استيفاء متطلبين متناقضين ظاهريًا في نفس الوقت: من ناحية، يجب أن يكون جهد انهيار منطقة المجمع مرتفعًا، مما يتطلب أن تتمتع مادة منطقة المجمع بمقاومة عالية؛ من ناحية أخرى، يجب أن تكون المقاومة المتسلسلة صغيرة، أي يجب أن يكون انخفاض جهد التشبع صغيرًا، مما يتطلب بدوره أن يكون لمادة منطقة المجمع مقاومة منخفضة. إذا تم تقليل المقاومة المتسلسلة عن طريق ترقيق مادة منطقة المجمع ببساطة، فإن رقاقة السيليكون ستصبح رقيقة جدًا وسهلة الكسر، مما يجعل من المستحيل إجراء المعالجة اللاحقة؛ إذا تم تقليل مقاومة المادة، فسوف تتعارض مع متطلبات جهد الانهيار العالي. لقد أدى ظهور التكنولوجيا الظهارية إلى حل هذه المشكلة التي ابتليت بها الصناعة لفترة طويلة بنجاح.

الحل المحدد هو تنمية طبقة متراكبة عالية المقاومة على ركيزة ذات مقاومة منخفضة للغاية، ثم صنع الجهاز على الطبقة المتراكبة. وبهذه الطريقة، يمكن للطبقة المتراكبة عالية المقاومة ضمان أن يكون للأنبوب جهد انهيار مرتفع، والركيزة منخفضة المقاومة تقلل بشكل فعال من مقاومة الركيزة، وبالتالي تقلل من انخفاض جهد التشبع، وتحل بشكل مثالي الصراع بين هذين المطلبين المتناقضين. بالإضافة إلى ذلك، لم تحرز تقنية التراكب السيليكوني تقدمًا كبيرًا فحسب، بل أحرزت أيضًا تقنيات التراكب مثل التراكب في الطور البخاري والتراكب في الطور السائل من iii-v وii-vi وغيرها من المواد شبه الموصلة الجزيئية مثل GaAS.

اليوم، أصبحت تقنيات التراكب هذه أساسيةً في عمليات إنتاج معظم أجهزة الميكروويف، والأجهزة البصرية الإلكترونية، وأجهزة الطاقة، وغيرها. ولا سيما تقنية التراكب الشعاعي الجزيئي، وتقنية التراكب البخاري العضوي المعدني. وقد أرسى تطبيقها الناجح في التراكب الطبقي الرقيق، والشبكي الفائق، والبئر الكمومي، والشبكي الفائق المجهد، والطبقة الرقيقة الذرية، أساسًا متينًا لتطوير مجال بحثي جديد في أشباه الموصلات - "هندسة النطاقات". في التطبيقات العملية، تُصنع جميع أجهزة أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض تقريبًا على الطبقة التراكبية، بينما تُستخدم رقائق كربيد السيليكون نفسها عادةً كركائز فقط. وهذا يُظهر تمامًا أن التحكم في الطبقة التراكبية يحتل مكانة محورية في صناعة أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق العريض، ويمثل جزءًا مهمًا من تطوير الصناعة بأكملها. لنستعرض المعلومات الموجودة على الموقع الرسمي لشركة فورموزا بلاستيكس لفهم معنى "التراكبية" بشكل أوضح. "epi" تعني "أعلى"، و"taxy" تعني "ترتيب منتظم". من المعنى الحرفي، يُطلق على "الإبيتاكسي" أيضًا اسم "الإبيتاكسي". في البداية، كانت الرقائق الإبيتاكسية تُستخدم بشكل أساسي لتحسين جودة مكونات مثل الترانزستورات ثنائية القطب.

مع التقدم المستمر للتكنولوجيا، تم استخدامها على نطاق واسع في مكونات IC ثنائية القطب وعمليات MOS في السنوات الأخيرة. والسبب وراء أهمية تقنية الترابط في مجال المواد شبه الموصلة هو أنها تمتلك سبع مهارات فريدة.

أولاً، يمكنها أن تنمو طبقات متراكبة عالية (منخفضة) المقاومة على ركائز منخفضة (عالية)، وبهذه الطريقة، يمكن تعديل الخصائص الكهربائية للمادة بمرونة لتلبية احتياجات الأجهزة المختلفة.

ثانيًا، يمكنها أن تنمو طبقات طبقية من النوع n (p) بشكل طبقي على ركائز من النوع p (n) لتشكيل وصلات pn بشكل مباشر. تتجنب هذه الطريقة مشكلة التعويض التي قد تحدث عند صنع وصلات pn على ركائز بلورية واحدة بطريقة الانتشار، وتحسن بشكل كبير من جودة وأداء وصلات pn.

ثالثًا، يتم دمج تقنية التراكب مع تقنية القناع للنمو بشكل انتقائي في مناطق محددة. تخلق هذه الميزة ظروفًا مواتية للغاية لإنتاج الدوائر المتكاملة والأجهزة ذات الهياكل الخاصة، مما يجعل تصميم وتصنيع الأجهزة شبه الموصلة أكثر مرونة وتنوعًا.

رابعا، أثناء عملية النمو الطلائي، يمكن تغيير نوع وتركيز المنشطات وفقًا للاحتياجات الفعلية. علاوة على ذلك، يمكن أن يكون التغيير في التركيز إما مفاجئًا أو تدريجيًا. هذه القدرة على التحكم الدقيق في المنشطات أمر بالغ الأهمية لتحسين أداء أجهزة أشباه الموصلات.

خامسًا، يمكن لتكنولوجيا التكاثر أن تنمو مركبات غير متجانسة ومتعددة الطبقات ومتعددة المكونات، ويمكنها تحقيق نمو طبقات رقيقة للغاية بمكونات متغيرة. وهذا يوفر مجموعة غنية من المواد ومساحة تصميم هيكلية لتصنيع أجهزة أشباه الموصلات عالية الأداء ومتعددة الوظائف.

سادساً، يمكن إجراء النمو الطبقي عند درجة حرارة أقل من نقطة انصهار المادة، ويمكن التحكم في معدل النمو. والأهم من ذلك، يمكن تحقيق النمو الطبقي بسمك على نطاق الذرة، مما يمكّن تصنيع الأجهزة شبه الموصلة من تحقيق مستويات عالية للغاية من الدقة والأداء.

سابعاً، يمكن لتكنولوجيا التكاثر أن تنمو بعض طبقات البلورات المفردة التي لا يمكن الحصول عليها بطرق السحب التقليدية، مثل المركبات الغاناوية والثلاثية والرباعية. وهذا يوسع بشكل كبير أنواع ونطاق تطبيق المواد شبه الموصلة ويوفر المزيد من الاحتمالات للتطوير المبتكر لتكنولوجيا أشباه الموصلات.

باختصار، فإن الطبقة الركيزة والطبقة الإبيتاكسية لهما تقسيم واضح للعمل ودور لا غنى عنه في مواد أشباه الموصلات. إن وجود الطبقة الإبيتاكسية لا يحل العديد من المشاكل في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات فحسب، بل يوفر أيضًا دعمًا قويًا للابتكار والتطوير المستمر لتكنولوجيا أشباه الموصلات. مع التقدم المستمر لتكنولوجيا أشباه الموصلات، ستستمر تكنولوجيا الإبيتاكسية في التحسن والتطور، مما يوفر لنا المزيد من أجهزة أشباه الموصلات ذات الأداء الممتاز والوظائف القوية.