他们要去太空造芯片

漂浮在太空中的工厂听起来像是科幻小说，但它们在未来可能并不遥远。 

Ying-Chen “Daphne” Chen是亚利桑那州立大学Ira A. Fulton 工程学院的电气工程助理教授 ，作为NASA研究的联合首席研究员，与学术界和行业合作者一起制定了建筑蓝图太空中的半导体器件。

在太空中制造微电子产品有可能消除半导体制造过程中冗长且昂贵的关键步骤，特别是对于地球上使用的基于 3D 氧化物的电阻式 随机存取存储器 (RRAM) 设备。这些 3D 器件与传统 2D RRAM 器件的不同之处在于，它们垂直堆叠存储器存储单元层，而不是传统的平面排列，从而可以在单个器件中实现更小的占地面积和更多的存储器存储。

该团队的研究经费来自《CHIPS与科学法案》和美国国家航空航天局（NASA）的 "太空生产应用计划"（In Space Production Applications）。该项目由首席研究员、美国国家航空航天局（NASA）高级材料工程师柯蒂斯-希尔（Curtis Hill）领导，旨在利用太空中微重力产生的减压效应，消除蚀刻的需要，即在芯片表面加深沟槽，为导电金属触点留出足够的空间。

在地球上的半导体制造过程中，由于需要较厚的半导体晶片薄膜材料层来补偿重力压力，因此需要进行蚀刻。研究人员假设，由于没有重力，在太空中可以使用更薄的薄膜层，从而在制造过程中形成足够深的沟槽，无需蚀刻。

一名研究人员为太空实验设置了制造设备，以了解微重力如何影响钎焊合金的凝固。照片由美国宇航局提供

"要制造芯片，公司通常需要在地球上的无尘室中进行许多步骤，"富尔顿学院电气、计算机和能源工程学院教师陈说。"这个项目的目标是通过能够制造三维堆叠结构、活性层和金属的打印机实现'一体化'打印。

这些半导体打印设备的占地面积比地球上的制造设施要小得多，使用这些设备可以缩短制造 3D RRAM 设备所需的时间，并且无需大量的个人防护设备。包括东京电子美国公司（Tokyo Electron America）、Axiom Space、英特尔和富士胶片公司（Fujifilm）在内的众多行业合作者都对这种方法很感兴趣，它们都参与了这项研究。

"陈说："对于未来的商业化制造，更多的运输公司将加入太空运输的行列，从而降低成本，提高竞争力。"我认为，这些技术中的许多技术，或其高速自动化版本，最终都将应用于小型低地球轨道工厂，从而在太空建立一个半导体生态系统，用于芯片制造和表征。"

该研究团队的学术成员包括爱荷华州立大学材料科学与工程副教授 Shan Jiang 和威斯康星大学麦迪逊分校工业与系统工程助理教授 Hantang Qin，他们将对其半导体制造理论进行首次测试，由 Zero-G 航空公司进行抛物线飞行，提供 20 秒的零重力条件。

一张图表显示了陈和她的合作者打算试验太空建筑的设备类型。已经经过蚀刻工艺的测试设备将在其蚀刻沟槽中注入特殊墨水，以确定墨水在制造过程中的有效性。图片由 Curtis Hill/NASA 提供

飞机起飞前将安装一台微电子制造打印机，一旦达到零重力条件，打印机就会启动。然后，它将在这 20 秒内打印出一个半导体器件。飞行计划于 10 月份进行。

如果研究证明是成功的，它将为在国际空间站以及未来的商业空间站（如 Axiom Space 公司计划的空间站）上安装半导体打印设备打开大门。此外，还可能在轨道上的大型空间站上建立浮动工厂。

希尔说，这项研究旨在开发制造方法，使美国电子工业重新崛起。

"我们坚信，利用低地球轨道和微重力是一项改变游戏规则的技术，将使美国在半导体制造领域占据领先地位，"他说。"我们希望最终推动美国半导体制造能力的进步，并为此发展太空经济。"

希尔之所以选择陈来参与这个项目，是因为她在下一代存储器件方面的专业知识，这使她能够领导项目的制造方法。作为第一次与亚利桑那大学合作，希尔说他对迄今为止的合作经历印象深刻，并希望在未来的项目中继续与该校合作。

"我非常喜欢与陈博士合作，"他说。"她充满热情，态度积极。像她这样的研究人员是一笔巨大的财富，他们乐观向上，总是在寻找可以帮助团队的优势和事情。

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