美國堪薩斯州威奇托市的Nitride Global Inc宣布，公司聯合合作夥伴——位於加利福尼亞州洛斯阿拉米托斯、自2005年起持續為美國國防部門及國家實驗室提供關鍵襯底材料的United Semiconductors LLC（USLLC），以及位於德克薩斯州休斯頓的Axiom Space Inc——共同入選了NASA資助的小企業創新研究（SBIR）項目，項目名稱為"面向太空製造氮化鋁單晶的物理氣相沉積反應器設計與驗證"。該項目旨在推進下一代物理氣相沉積（PVD）反應器的研發，用於在微重力環境下生產高純度氮化鋁（AlN）晶體，這是實現大規模太空半導體製造的關鍵一步。
超寬禁帶（UWBG）半導體氮化鋁在導熱性、工作溫度範圍、抗輻射性以及電氣擊穿強度等方面均優於碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）。然而，地面環境下的氮化鋁晶體生長面臨高位錯密度、點缺陷及尺寸限制等挑戰，制約了其在高性能電力電子和光電子應用領域的廣泛推廣。
微重力環境能夠從多個維度突破上述技術瓶頸：消除熱對流，確保均勻的質量通量，從而減少缺陷；最大程度降低熱梯度，減少應力引發的位錯；加速籽晶培育，在數月內而非數十年間實現超高純度氮化鋁襯底的製備，使晶圓質量實現跨代提升。
在第一階段，由USLLC主導的項目團隊開發並測試了一款概念驗證型PVD反應器，該反應器可在僅消耗250至400瓦功率、整體重量不超過700克的條件下，實現2800至3200攝氏度的晶體生長溫度。這一緊湊型系統驗證了其集成至國際空間站（ISS）環境的可行性，而功耗、體積與熱管理正是空間站環境中的重要約束條件。
進入第二階段，聯合團隊將開發並驗證一套可部署於國際空間站的飛行級反應器原型。具體目標包括：優化反應器設計，以滿足空間站中層甲板儲物櫃的集成要求；通過建模與實證測試對氮化鋁晶體生長工藝進行優化；以及完成NASA安全審查，並獲得未來在軌實驗的有效載荷集成審批。
升級後的系統還將作為高溫材料研究平台，支持碳化矽、氧化物晶體及其他與太空製造和下一代半導體技術相關先進材料的研究。
Nitride Global首席執行官Mahyar Khosravi表示："這次合作是邁向太空半導體製造願景的重要一步。我們致力於充分利用微重力優勢與先進熱系統工程技術，推動美國在面向地面及軌道應用的超高性能材料生產領域占據領先地位。"
該項目與NASA推動可持續商業太空製造的總體目標高度契合，同時也將推進面向極端太空環境的氮化鋁基半導體研發，並藉助國際空間站及未來Axiom Space商業空間站等近地軌道平台，加速相關技術的成熟轉化，服務地球與深空探索雙重需求。
Q&A
Q1：氮化鋁（AlN）晶體為什麼要在太空中生長，而不是在地面生產？
A：地面環境下，氮化鋁晶體生長存在高位錯密度、點缺陷和尺寸受限等問題，難以滿足高性能半導體應用需求。而微重力環境能消除熱對流、降低熱梯度、加速籽晶培育，從而大幅減少缺陷，在數月內實現地面需要數十年才能達到的晶圓質量提升，因此太空製造具有顯著技術優勢。
Q2：SBIR項目第一階段開發的PVD反應器有哪些技術亮點？
A：第一階段由USLLC主導開發的概念驗證型物理氣相沉積反應器，能夠在2800至3200攝氏度的高溫下實現晶體生長，但功耗僅為250至400瓦，整體重量不超過700克。這種緊湊、低功耗的設計已驗證其在國際空間站有限資源條件下集成部署的可行性。
Q3：Nitride Global、USLLC和Axiom Space合作的SBIR項目第二階段目標是什麼？
A：第二階段的核心目標是開發並驗證一套可在國際空間站部署的飛行級反應器原型。具體工作包括優化反應器設計以符合空間站中層甲板儲物櫃集成標準、通過建模與實證測試優化氮化鋁晶體生長工藝，並完成NASA安全審查及有效載荷集成審批，為未來在軌實驗奠定基礎。
