美企聯手 NASA：驗證太空生長 AlN 半導體晶體

美國堪薩斯州威奇托的 Nitride Global Inc 宣布，與其合作伙伴——位于加利福尼亞州洛斯阿拉米托斯的 United Semiconductors LLC（USLLC，自 2005 年以來一直為美國國防部門和國家實驗室提供關鍵襯底材料）以及位于德克薩斯州休斯頓的 Axiom Space Inc——共同入選 NASA 資助的小型企業創新研究（SBIR）項目，項目名稱為《用于太空制造氮化鋁單晶的物理氣相沉積反應器設計與驗證》。

該項目將推進下一代物理氣相沉積（PVD）反應器的開發，用于在微重力環境中生產高純度氮化鋁（AlN）晶體，這是實現大規模太空半導體制造的關鍵一步。

超寬禁帶（UWBG）半導體氮化鋁（AlN）相比碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），具有更優異的熱導率、工作溫度范圍、抗輻射能力和電擊穿強度。然而，地面氮化鋁晶體生長面臨高位錯密度、點缺陷以及尺寸受限等挑戰，嚴重阻礙了其在高性能功率電子和光電子應用中的廣泛采用。

微重力環境為克服這些障礙提供了獨特條件，主要體現在：

• 消除熱對流，確保均勻的質量通量并減少缺陷；
• 減小熱梯度，降低應力誘導的位錯；
• 加速籽晶開發，使超高純度 AlN 襯底的生產得以實現，可能在幾個月內將晶圓質量提升多個世代，而非地面所需的幾十年。

在第一階段（Phase I），由 USLLC 領導的項目團隊開發并測試了一臺概念驗證型 PVD 反應器。該反應器能夠在 2800–3200°C 的晶體生長溫度下工作，功耗僅 250–400W，重量不到 700g。這一緊湊系統已證明其可集成到國際空間站（ISS）環境中的可行性，滿足了功率、體積和熱管理的嚴格限制。

在第二階段（Phase II），該聯合團隊將開發并驗證一臺可用于飛行的反應器原型，計劃部署到國際空間站。主要目標包括：

• 優化反應器設計，使其符合 ISS 中甲板儲物柜（mid-deck locker）的集成要求；
• 通過建模和實驗測試進行 AlN 晶體生長優化；
• 完成 NASA 安全審查并獲得有效載荷集成批準，以便開展未來的在軌實驗。

改進后的系統還將作為一個高溫材料研究平臺，支持碳化硅、氧化物晶體以及其他與太空制造和下一代半導體技術相關的高級材料研究。

Nitride Global 首席執行官 Mahyar Khosravi 表示：“這次合作是實現太空半導體制造愿景的重要一步。通過充分利用微重力的優勢和先進的熱系統工程，我們希望幫助美國在超高性能材料的陸地和軌道生產領域確立領導地位?！?/span>

該項目與 NASA 的更廣泛目標高度一致，包括推動可持續的商業化太空制造、加速 AlN 基半導體在極端空間環境中的研發應用，以及利用低軌平臺（如國際空間站和未來 Axiom Space 空間站）來快速提升技術成熟度，服務于地球和更遠的太空探索需求。