北京
在半导体是现代生活的基础，从电力电子和通信网络到国防系统和高性能计算，无所不包。然而，在地球上制造半导体却面临着持续的物理限制。
那么有没有想过在太空制造半导体材料呢？有什么技术难点？
现在是不光把算力搬上天，这是要把工厂也搬上天了。
/*任务
当一颗比微波炉还小的卫星在地球上方数百公里处产生等离子体时，这标志着半导体制造业未来一个悄然却意义重大的时刻。
通过在轨道上的微波大小的卫星上产生和控制等离子体，朝着在太空制造更高质量的半导体材料迈出了关键一步，这可能对从计算机到电力电子等各个领域都带来益处。
英国初创公司已成功在其位于近地轨道 (LEO)的 ForgeStar-1 航天器上制造和控制等离子体，成为第一家在自由飞行、自主卫星上演示核心半导体制造工艺的商业公司。
这项成就使太空制造更接近现实，其目的不是为了在轨道上制造成品微芯片，而是为了改进最终为地球上的技术提供动力的材料。
这项演示的核心是等离子体，一种过热的带电气体，在气相晶体生长中起着至关重要的作用。这一阶段是高性能半导体材料生产过程中最具挑战性且对缺陷最为敏感的步骤之一。
此前，此类试验大多局限于国际空间站上严格控制的研究设施。ForgeStar-1 实验表明，类似的极端条件可以在专用商业平台上创建、稳定和监测，而无需人为干预。
“这证明，在专用商业卫星上可以实现先进晶体生长所需的必要环境，”“这开启了一个全新的制造业前沿领域。”
/*为什么近地轨道对半导体制造至关重要
半导体是现代生活的基础，从电力电子和通信网络到国防系统和高性能计算，无所不包。然而，在地球上制造半导体却面临着持续的物理限制。
重力驱动熔融材料中的对流，导致晶体生长过程中流动不均匀。容器壁会引入杂质，即使是痕量污染物，特别是氮，也会降解氮化镓或碳化硅等先进材料。
近地轨道可以同时消除许多此类限制。在微重力环境下，浮力驱动的对流和沉降作用基本消失，使得原子能够排列成更加均匀的晶体结构。太空的天然真空远比大多数地球上的制造环境更加纯净，同时热条件也更加稳定。
科学家指出，在这些条件下生长的晶体，一旦运回地球进行加工，就能表现出更低的缺陷率、更好的均匀性和更优异的电学和光学性能。
但这并不意味着很快就能在轨道上制造出完整的微芯片。至少目前来看，重点仍然放在生产过程中最早期也是最关键的阶段：培育超纯晶体“种子”，之后可以利用现有的地面技术进行大规模扩增。
/*太空锻造半导体材料
ForgeStar-1 于 2025 年中期推出，设计为紧凑型、独立式制造测试平台。
2025年12月，它启动了机载炉，产生了温度接近1000°C的等离子体。该实验的目的并非生产可用材料，而是为了验证该系统能否在微重力环境下创造并维持气相晶体生长所需的极端稳定条件。
据太空锻造公司称，此次测试证实，等离子体行为可以在轨道上实现自主控制。在任务剩余时间内，卫星将进行系统的参数扫描，调整各种变量，以了解等离子体在失重状态下的响应。
所得数据将直接用于未来旨在太空中生长实际半导体材料的任务的设计。
该任务也关注可持续性。由于 ForgeStar-1 会自然地从轨道上衰变，其轨迹正通过机载系统和英国科学与技术设施委员会的外部支持进行跟踪。
该航天器设计为在大气层中安全烧毁，旨在对负责任的报废处置方式进行刻意测试，以应对日益严重的轨道拥堵问题。
/*用于太空制造的目标半导体材料
太空制造公司目标是宽带隙和超宽带隙材料，包括氮化镓、碳化硅、氮化铝和金刚石。
这些材料已应用于高压电力电子、雷达系统、卫星通信和电动汽车，但其性能和产量受到地球制造过程中引入的缺陷的限制。
研究人员认为，降低晶体生长过程中重力驱动的流体运动可以显著提高晶体质量和产量。模型研究表明，随着发射成本的降低和工艺的改进，轨道制造有望成为生产高价值、低质量产品（例如半导体晶圆）的经济可行方案。
目前，太空锻造公司尚未宣称达到商业化产量。其既定目标是生产地球上无法实现的超高品质材料，然后再将其带回地球进行规模化生产。
/*未来混合模式
太空锻造公司并没有打算取代地面上的制造工厂，而是采用了一种混合模式。太空中生长的晶体种子将被送回地球，并在诸如集成半导体材料中心等设施中，利用传统制造技术进行扩繁。
这种方法反映了行业研讨会和学术研究的更广泛共识，即微重力制造与现有供应链互补时才能带来最大的效益。
其价值在于改进生产中最容易出现缺陷的阶段，而不是在轨道上重建整个半导体生态系统。
半导体特别适合这种模型，因为它们是具有战略意义的高价值元件，即使性能或耐用性方面有微小的改进，也能产生巨大的经济和安全影响。
/*从实验到现实
由于地缘政治紧张局势、供应链脆弱性和激增的需求给地面半导体生产带来压力，人们对太空制造的兴趣日益浓厚。
通过在自由飞行的商业卫星上演示等离子体生成，将讨论的焦点从实验室理论转移到了实际工程操作上。
ForgeStar-1 上短暂的等离子体闪光并不意味着轨道上的工业革命已经到来。然而，它确实表明，太空不再仅仅是部署先进电子设备的场所。
这里似乎正在成为一个可以改进这些技术背后最关键材料的地方，然后再将这些材料送回地球，制成驱动现代世界的芯片。
你认为这是否能够实现并改变现在世界芯片材料格局？
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