在半導(dǎo)體是現(xiàn)代生活的基礎(chǔ)，從電力電子和通信網(wǎng)絡(luò)到國防系統(tǒng)和高性能計(jì)算，無所不包。然而，在地球上制造半導(dǎo)體卻面臨著持續(xù)的物理限制。

那么有沒有想過在太空制造半導(dǎo)體材料呢？有什么技術(shù)難點(diǎn)？

現(xiàn)在是不光把算力搬上天，這是要把工廠也搬上天了。

/*任務(wù)

當(dāng)一顆比微波爐還小的衛(wèi)星在地球上方數(shù)百公里處產(chǎn)生等離子體時，這標(biāo)志著半導(dǎo)體制造業(yè)未來一個悄然卻意義重大的時刻。

通過在軌道上的微波大小的衛(wèi)星上產(chǎn)生和控制等離子體，朝著在太空制造更高質(zhì)量的半導(dǎo)體材料邁出了關(guān)鍵一步，這可能對從計(jì)算機(jī)到電力電子等各個領(lǐng)域都帶來益處。

英國初創(chuàng)公司已成功在其位于近地軌道 (LEO)的 ForgeStar-1 航天器上制造和控制等離子體，成為第一家在自由飛行、自主衛(wèi)星上演示核心半導(dǎo)體制造工藝的商業(yè)公司。

這項(xiàng)成就使太空制造更接近現(xiàn)實(shí)，其目的不是為了在軌道上制造成品微芯片，而是為了改進(jìn)最終為地球上的技術(shù)提供動力的材料。

這項(xiàng)演示的核心是等離子體，一種過熱的帶電氣體，在氣相晶體生長中起著至關(guān)重要的作用。這一階段是高性能半導(dǎo)體材料生產(chǎn)過程中最具挑戰(zhàn)性且對缺陷最為敏感的步驟之一。

此前，此類試驗(yàn)大多局限于國際空間站上嚴(yán)格控制的研究設(shè)施。ForgeStar-1 實(shí)驗(yàn)表明，類似的極端條件可以在專用商業(yè)平臺上創(chuàng)建、穩(wěn)定和監(jiān)測，而無需人為干預(yù)。

“這證明，在專用商業(yè)衛(wèi)星上可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)晶體生長所需的必要環(huán)境，”“這開啟了一個全新的制造業(yè)前沿領(lǐng)域。”

/*為什么近地軌道對半導(dǎo)體制造至關(guān)重要

半導(dǎo)體是現(xiàn)代生活的基礎(chǔ)，從電力電子和通信網(wǎng)絡(luò)到國防系統(tǒng)和高性能計(jì)算，無所不包。然而，在地球上制造半導(dǎo)體卻面臨著持續(xù)的物理限制。
重力驅(qū)動熔融材料中的對流，導(dǎo)致晶體生長過程中流動不均勻。容器壁會引入雜質(zhì)，即使是痕量污染物，特別是氮，也會降解氮化鎵或碳化硅等先進(jìn)材料。
近地軌道可以同時消除許多此類限制。在微重力環(huán)境下，浮力驅(qū)動的對流和沉降作用基本消失，使得原子能夠排列成更加均勻的晶體結(jié)構(gòu)。太空的天然真空遠(yuǎn)比大多數(shù)地球上的制造環(huán)境更加純凈，同時熱條件也更加穩(wěn)定。

科學(xué)家指出，在這些條件下生長的晶體，一旦運(yùn)回地球進(jìn)行加工，就能表現(xiàn)出更低的缺陷率、更好的均勻性和更優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能。

但這并不意味著很快就能在軌道上制造出完整的微芯片。至少目前來看，重點(diǎn)仍然放在生產(chǎn)過程中最早期也是最關(guān)鍵的階段：培育超純晶體“種子”，之后可以利用現(xiàn)有的地面技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)增。

/*太空鍛造半導(dǎo)體材料

ForgeStar-1 于 2025 年中期推出，設(shè)計(jì)為緊湊型、獨(dú)立式制造測試平臺。

2025年12月，它啟動了機(jī)載爐，產(chǎn)生了溫度接近1000°C的等離子體。該實(shí)驗(yàn)的目的并非生產(chǎn)可用材料，而是為了驗(yàn)證該系統(tǒng)能否在微重力環(huán)境下創(chuàng)造并維持氣相晶體生長所需的極端穩(wěn)定條件。

據(jù)太空鍛造公司稱，此次測試證實(shí)，等離子體行為可以在軌道上實(shí)現(xiàn)自主控制。在任務(wù)剩余時間內(nèi)，衛(wèi)星將進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)掃描，調(diào)整各種變量，以了解等離子體在失重狀態(tài)下的響應(yīng)。

所得數(shù)據(jù)將直接用于未來旨在太空中生長實(shí)際半導(dǎo)體材料的任務(wù)的設(shè)計(jì)。

該任務(wù)也關(guān)注可持續(xù)性。由于 ForgeStar-1 會自然地從軌道上衰變，其軌跡正通過機(jī)載系統(tǒng)和英國科學(xué)與技術(shù)設(shè)施委員會的外部支持進(jìn)行跟蹤。

該航天器設(shè)計(jì)為在大氣層中安全燒毀，旨在對負(fù)責(zé)任的報(bào)廢處置方式進(jìn)行刻意測試，以應(yīng)對日益嚴(yán)重的軌道擁堵問題。

/*用于太空制造的目標(biāo)半導(dǎo)體材料

太空制造公司目標(biāo)是寬帶隙和超寬帶隙材料，包括氮化鎵、碳化硅、氮化鋁和金剛石。

這些材料已應(yīng)用于高壓電力電子、雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信和電動汽車，但其性能和產(chǎn)量受到地球制造過程中引入的缺陷的限制。

研究人員認(rèn)為，降低晶體生長過程中重力驅(qū)動的流體運(yùn)動可以顯著提高晶體質(zhì)量和產(chǎn)量。模型研究表明，隨著發(fā)射成本的降低和工藝的改進(jìn)，軌道制造有望成為生產(chǎn)高價(jià)值、低質(zhì)量產(chǎn)品（例如半導(dǎo)體晶圓）的經(jīng)濟(jì)可行方案。

目前，太空鍛造公司尚未宣稱達(dá)到商業(yè)化產(chǎn)量。其既定目標(biāo)是生產(chǎn)地球上無法實(shí)現(xiàn)的超高品質(zhì)材料，然后再將其帶回地球進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。

/*未來混合模式

太空鍛造公司并沒有打算取代地面上的制造工廠，而是采用了一種混合模式。太空中生長的晶體種子將被送回地球，并在諸如集成半導(dǎo)體材料中心等設(shè)施中，利用傳統(tǒng)制造技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)繁。

這種方法反映了行業(yè)研討會和學(xué)術(shù)研究的更廣泛共識，即微重力制造與現(xiàn)有供應(yīng)鏈互補(bǔ)時才能帶來最大的效益。

其價(jià)值在于改進(jìn)生產(chǎn)中最容易出現(xiàn)缺陷的階段，而不是在軌道上重建整個半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)。

半導(dǎo)體特別適合這種模型，因?yàn)樗鼈兪蔷哂袘?zhàn)略意義的高價(jià)值元件，即使性能或耐用性方面有微小的改進(jìn)，也能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和安全影響。

/*從實(shí)驗(yàn)到現(xiàn)實(shí)

由于地緣政治緊張局勢、供應(yīng)鏈脆弱性和激增的需求給地面半導(dǎo)體生產(chǎn)帶來壓力，人們對太空制造的興趣日益濃厚。

通過在自由飛行的商業(yè)衛(wèi)星上演示等離子體生成，將討論的焦點(diǎn)從實(shí)驗(yàn)室理論轉(zhuǎn)移到了實(shí)際工程操作上。

ForgeStar-1 上短暫的等離子體閃光并不意味著軌道上的工業(yè)革命已經(jīng)到來。然而，它確實(shí)表明，太空不再僅僅是部署先進(jìn)電子設(shè)備的場所。

這里似乎正在成為一個可以改進(jìn)這些技術(shù)背后最關(guān)鍵材料的地方，然后再將這些材料送回地球，制成驅(qū)動現(xiàn)代世界的芯片。

你認(rèn)為這是否能夠?qū)崿F(xiàn)并改變現(xiàn)在世界芯片材料格局？