下一站，上太空制造半导体！

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编辑：感知芯视界

10月5日消息，据space.com报道，英国一家初创公司正准备向太空发射一颗卫星，该卫星将在太空制造可用于地球上电子设备的新型半导体材料。

今年1月，维珍轨道公司的LauncherOne火箭在英国康沃尔发射失败，Space Forge公司失去了他们的第一颗实验卫星。Space Forge首席执行官兼创始人Josh Western表示，他们的新卫星ForgeStar-1将于今年年底或2024年初运往美国进行发射。

Space Forge最近与美国航空航天巨头诺斯罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）公司签署了一项合作协议，提供在太空制造的半导体衬底，诺斯罗普公司可以在其铸造厂进一步开发。

太空制造半导体有何优势？

Western表示，太空的真空和微重力条件可以使全新的半导体材料得到更有效的开发。“生产化合物半导体生长是一个非常激烈和缓慢的过程，它们实际上是从原子级别开始生长。” “因此，重力对其有着深远的影响，基本上改变了这些原子之间的键。在太空中，你能够克服这个障碍，因为太空中几乎没有重力。”

此外，太空还提供了一个完美的真空，这是保护敏感材料免受污染所必需的。在地球上的工厂里，这种真空必须由复杂、耗电的工业设备制造。

Western补充道，太空为几乎任何材料提供了更好的制造基础。“通过微重力、高纯度真空（不需要多级泵）的组合，进入太空可以实现大约十亿种新的合金组合，并获得-260℃到260℃的极端温度，可以使研究人员制造出“比地球上的半导体效率高10到100倍”的半导体。

“我们Space Forge关注的应用实际上是在先进材料领域。”Western说：“这使我们能够开发新型半导体，新型复合材料，通过提高热容量和功率处理能力，可以在性能方面超越最先进的技术约100倍。

对于此次Space Forge与诺斯罗普·格鲁曼合作的项目，据了解，即将发射的ForgeStar-1卫星将包含一个小型自动化化学实验室，一旦卫星进入轨道，该团队将能够远程混合各种化合物并开发新的半导体合金。但是，ForgeStar-1并不能主动将这些材料送回地球，而是将这些实验的结果以数字方式发送给科学家，因为这颗卫星的设计并不包括主动返回地球的能力。

但Western表示，该公司后续的任务将是推出可在穿越大气层的返回中幸存下来的卫星，并将其产品带回地球。该公司不会只专注于半导体制造领域的探索，而是将利用他们的卫星来探索其他工业过程。Western说，第一颗可返回的卫星可能在两三年后发射。

根据市场数据显示，目前全球半导体产业市场规模超过5000亿美元，预计到2030年规模将翻一番。

Space Forge在一份电子邮件声明中表示：“这一增长预计需要对高端先进晶圆制造材料、设备和服务进行投资。”。“太空制造提供了独特的优势，如微重力和真空条件，可以创造出与地球上制造的半导体相比性能优越、缺陷减少的半导体。”

虽然在太空可以制造出更纯净和更高效的半导体，但是卫星来回往返的成本也是极为高昂的。不过，Western解释称：“一旦我们在太空中制造出这些晶体，我们就可以把它们带回地面，我们可以有效地在地球上复制这种生长过程。因此，我们不需要无数次地前往太空，就能与我们的合作伙伴和地面客户建立起相当不错的运营规模。”

资料显示，Space Forge成立于2018年，拥有全球唯一的专用可重复发射超级材料制造卫星ForgeStar系列，具有软着落和高精度着陆能力。与竞争对手使用的传统烧蚀胶囊相比，这项专利技术对有效载荷返回的保护能力更强。ForgeStar是一种小型飞行器，可在轨道上部署长达六个月，最初将专注于半导体、合金和生物材料的生产。为美国客户提供的 ForgeStar卫星和有效载荷都将在美国的新工厂生产。

美国NASA与中国科学院均早已开始布局

需要指出的是，Space Forge与美国航空航天巨头诺斯罗普·格鲁曼的这个合作项目，并不是第一个计划太空制造半导体材料的项目。此前，由美国“芯片法案”和美国宇航局NASA的 In Space Production Applications资助的一个研究项目也在研究在太空制造半导体。

据介绍，该项目的首席研究员是NASA高级材料工程师CurtisHill，他领导团队利用太空失重环境下简化了半导体制造过程中的蚀刻步骤。

△一名研究人员在太空中设置实验设备，以了解微重力钎焊合金的影响。

该项目研究人员表示，在地球环境下，由于要补偿来自重力的压力，半导体芯片薄膜材料层通常比较厚，因此需要进行蚀刻；而在太空失重环境下，可以在太空中使用更薄的薄膜层，从而在制造过程中形成足够深的沟槽，从而可以绕过蚀刻步骤。

值得一提的是，中国在太空制造技术领域也早有布局。中国科学院早在2017年开始，就已经正式成立了太空制造技术重点实验室，依托中国科学院空间应用工程与技术中心开展太空制造技术的相关研究。

审核编辑 黄宇