英國初創(chuàng)公司SpaceForge即將向太空發(fā)射一顆令人期待的衛(wèi)星。與其它衛(wèi)星不同的是，這顆衛(wèi)星將在太空中制造一種全新的半導(dǎo)體材料，該材料可以被用于地球上的電子設(shè)備。


1、太空制造半導(dǎo)體有什么優(yōu)勢呢？

在太空中制造半導(dǎo)體材料具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢。首先，太空的真空和微重力條件可以更有效地促進(jìn)材料的發(fā)展。由于半導(dǎo)體的生長過程是一個(gè)復(fù)雜而緩慢的過程，其開始于原子級別。然而，重力對這個(gè)過程有著深遠(yuǎn)的影響，它實(shí)際上改變了原子之間的鍵。然而，在太空中，由于幾乎沒有重力，這個(gè)障礙可以被克服，從而使全新的半導(dǎo)體材料得到更好的發(fā)展。

其次，太空提供了一個(gè)完美的真空環(huán)境，這對保護(hù)敏感材料免受污染至關(guān)重要。在地球上，我們需要復(fù)雜且耗電的工業(yè)設(shè)備來制造這種真空環(huán)境。然而，在太空中，這種真空條件可以輕松地得到滿足。因此，太空為幾乎任何材料的制造提供了更好的基礎(chǔ)。

目前全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模超過5000億美元，預(yù)計(jì)到2030年規(guī)模將翻一番。

Space Forge在一份電子郵件聲明中表示：“這一增長預(yù)計(jì)需要對高端先進(jìn)晶圓制造材料、設(shè)備和服務(wù)進(jìn)行投資。”。“太空制造提供了獨(dú)特的優(yōu)勢，如微重力和真空條件，可以創(chuàng)造出與地球上制造的半導(dǎo)體相比性能優(yōu)越、缺陷減少的半導(dǎo)體。”

雖然在太空可以制造出更純凈和更高效的半導(dǎo)體，但是衛(wèi)星來回往返的成本也是極為高昂的。不過，Western解釋稱：“一旦我們在太空中制造出這些晶體，我們就可以把它們帶回地面，我們可以有效地在地球上復(fù)制這種生長過程。因此，我們不需要無數(shù)次地前往太空，就能與我們的合作伙伴和地面客戶建立起相當(dāng)不錯(cuò)的運(yùn)營規(guī)模。”

資料顯示，Space Forge成立于2018年，擁有全球唯一的專用可重復(fù)發(fā)射超級材料制造衛(wèi)星ForgeStar系列，具有軟著落和高精度著陸能力。與競爭對手使用的傳統(tǒng)燒蝕膠囊相比，這項(xiàng)專利技術(shù)對有效載荷返回的保護(hù)能力更強(qiáng)。ForgeStar是一種小型飛行器，可在軌道上部署長達(dá)六個(gè)月，最初將專注于半導(dǎo)體、合金和生物材料的生產(chǎn)。為美國客戶提供的 ForgeStar衛(wèi)星和有效載荷都將在美國的新工廠生產(chǎn)。


2、美國NASA與中國科學(xué)院均早已開始布局

需要指出的是，Space Forge與美國航空航天巨頭諾斯羅普·格魯曼的這個(gè)合作項(xiàng)目，并不是第一個(gè)計(jì)劃太空制造半導(dǎo)體材料的項(xiàng)目。此前，由美國“芯片法案”和美國宇航局NASA的 In Space Production Applications資助的一個(gè)研究項(xiàng)目也在研究在太空制造半導(dǎo)體。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目的首席研究員是NASA高級材料工程師CurtisHill，他領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)利用太空失重環(huán)境下簡化了半導(dǎo)體制造過程中的蝕刻步驟。

該項(xiàng)目研究人員表示，在地球環(huán)境下，由于要補(bǔ)償來自重力的壓力，半導(dǎo)體芯片薄膜材料層通常比較厚，因此需要進(jìn)行蝕刻；而在太空失重環(huán)境下，可以在太空中使用更薄的薄膜層，從而在制造過程中形成足夠深的溝槽，從而可以繞過蝕刻步驟。

中國在太空制造技術(shù)領(lǐng)域有所布局，早在2017年即成立了太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。未來的太空探索和利用，或?qū)⒁蛱罩圃旒夹g(shù)的發(fā)展而有所進(jìn)展。半導(dǎo)體芯片的制造需要在地球環(huán)境下進(jìn)行蝕刻，以形成溝槽。但在太空失重環(huán)境下，半導(dǎo)體芯片制造可以使用更薄的薄膜層，制造出足夠深的溝槽，避免蝕刻步驟。中國在太空制造技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，具有重要的意義。早在2017年，中國科學(xué)院成立了太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，并在中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心進(jìn)行相關(guān)研究。太空制造技術(shù)的進(jìn)步，將為未來的太空探索和利用提供更多可能性。

總之，半導(dǎo)體芯片的制造在地球環(huán)境下需要進(jìn)行蝕刻，而在太空失重環(huán)境下則可以使用更薄的薄膜層，避免蝕刻步驟。中國在太空制造技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，具有重要的意義，太空制造技術(shù)的進(jìn)步，有望為未來的太空探索和利用提供更多的可能性。你認(rèn)為，太空制造技術(shù)的發(fā)展將會(huì)給人類帶來哪些變革？