ایده یک شرکت آمریکایی برای تولید نیمه‌هادی‌ها در فضا
شرکت آمریکایی آکسیوم اسپیس، ایده‌ای نوآورانه برای تولید مواد مورد نیاز برای ساخت نیمه‌رساناها در مدار زمین پایین ارائه کرده است؛ این شرکت که در زمینه ماموریت‌های فضایی تخصص دارد و تنها شرکت تجاری با ماژول‌های متصل به ایستگاه فضایی بین‌المللی محسوب می‌شود، این پیشنهاد را در بازدید اخیر خود از تایوان به صنایع نیمه‌هادی (نیمه رسانا) ارائه کرد.
به گفته کویچی واکاتا (Koichi Wakata)، مدیر ارشد فناوری آکسیوم اسپیس (Axiom Space) در منطقه آسیا-اقیانوسیه و فرمانده سابق ایستگاه فضایی بین‌المللی، محیط ریزگرانش و شرایط خلا موجود در مدار پایین زمین (LEO) می‌توانند به تولید مواد فوق‌العاده خالص کمک کنند و کیفیت تولید مواد مورد نیاز نیمه‌هادی‌ها را ارتقا دهند.
او توضیح می‌دهد: «این شرایط، رشد کریستال‌های بدون نقص را امکان‌پذیر و مواد باکیفیتی تولید می‌کنند که به دلیل محدودیت‌های گرانشی و ناخالصی‌های جوی روی زمین قابل دستیابی نیستند.»
دیویا پانچاناتان (Divya Panchanathan)، رئیس جهانی تجاری‌سازی نیمه‌هادی‌ها در آکسیوم بیان می‌کند: «گرانش زمین باعث ایجاد نقص در ساختار کریستال‌ها می‌شود، در حالی که ریزگرانش موجود در فضا، امکان رشد یکنواخت‌تر و تولید کریستال‌ها با عملکرد بهتر را فراهم می‌کند.»
از آنجایی که کاهش آلودگی یکی از مزایای اصلی استفاده از خلا به شمار می‌آید، این روش می‌تواند به تولید ویفرهای بزرگتر و با کیفیت بالاتر کمک کند. پردازش بدون تماس نیز یکی از نتایج دیگر این فناوری است که به کاهش نرخ عیوب منجر می‌شود و از این رو کیفیت محصول نهایی را افزایش می‌دهد.
ویفر فضایی به لایه‌های نازکی از نیمه هادی‌ها گفته می‌شود که در ساخت مدارهای یکپارچه و فناوری‌های فضایی استفاده می‌شود؛ این فناوری‌ها معمولا در تولید ماهواره‌ها و دیگر ابزارهای الکترونیکی به کار می‌روند که نقش مهمی در ارتباطات، ناوبری و پیش‌بینی وضعیت آب و هوا دارند.
برنامه آزمایش و تولید در فضا
آکسیوم پیشنهاد همکاری با شرکت‌های تایوانی را برای انجام آزمایش‌های اولیه در ایستگاه فضایی بین‌المللی ارائه داده است؛ این شرکت قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ تولید نیمه‌هادی را به ایستگاه تجاری خود منتقل کند و برنامه این شرکت شامل آزمایش در مقیاس کوچک و انتقال به تولید انبوه در ماژول‌های فضایی اختصاصی خواهد بود.
اگرچه جزئیات مربوط به نوع مواد اعلام نشده، اما گمان می‌رود که مواد مورد استفاده در ساخت تراشه‌ها شامل سیلیکون، نیترید گالیوم (GaN) و آرسنید گالیوم (GaAs) باشند؛ این مواد به دلیل حساسیت بالا به ناخالصی‌ها و عیوب ساختاری در محیط ریزگرانش فضا، کیفیت بالاتری را به دست می‌آورند.
چالش‌های عملی و هزینه‌ها
هزینه تولید مواد در فضا، به ویژه تولید ویفرها به دلیل هزینه‌های بالای پرتاب فضایی می‌تواند از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر نباشد. هزینه ارسال هر کیلوگرم مواد به فضا اکنون حدود ۳ هزار دلار است که با استفاده از سامانه پرتاب فالکون هوی (Falcon Heavy) احتمالا به ۲ هزار دلار کاهش یابد، اما حتی این کاهش می‌تواند تولید اقتصادی در فضا را دشوار کند.
صنعت نیمه‌هادی طی دهه‌های گذشته فرایندهای تولید روی زمین را بهینه کرده است و در حال حاضر تولیدکنندگان با تعادل بین کیفیت و هزینه راضی هستند. با وجود این، در آینده و با نیاز به فناوری‌های پیشرفته‌تر مانند فرایندهای زیر آنگستروم، احتمال دارد تولید ویفرهای فوق‌العاده خالص در فضا توجیه اقتصادی پیدا کند.
صنعت نیمه‌هادی در سال‌های گذشته، فرآیندهای تولید روی زمین را بهینه‌سازی کرده و تولیدکنندگان اکنون از تعادل میان کیفیت و هزینه رضایت دارند؛ با وجود این، در آینده و با افزایش نیاز به فناوری‌های پیشرفته‌تر مانند فرآیندهای زیر آنگستروم (SubAngstrom)، احتمالا تولید ویفرهای فوق‌خالص در فضا از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر باشد.
فرآیندهای زیر آنگستروم به تحولات و اندازه‌گیری‌هایی اشاره دارند که در مقیاس بسیار کوچک، به ویژه در ابعاد زیر یک آنگستروم (یک ده هزارم نانومتر) انجام می‌شوند؛ این نوع فرآیندها معمولا در زمینه‌های فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی مولکولی مشاهده می‌شوند و شامل حرکات و تغییرات ساختاری دقیق در سطح مولکولی، مانند حرکت پروتئین‌های موتور بر روی DNA می‌باشند.
چشم‌انداز آینده تولید نیمه‌هادی‌ها
شرکت آکسیوم اسپیس باور دارد که همکاری با صنایع تایوانی می‌تواند به توسعه فناوری‌های مورد نیاز برای این هدف کمک کند. با این حال، انتظار می‌رود تا زمانی که روش‌های تولید در محیط‌های بهینه شده زمین توسعه نیابد، تولید در مدار پایین زمین تنها در موارد خاص و برای محصولات حساس استفاده شود.