Ying-Chen「Daphne」Chen 是美國亞利桑那州立大學 Ira A. Fulton 工程學院的電氣工程助理教授 ，她作為 NASA 研究的聯(lián)合首席研究員，與學術界和行業(yè)合作者一起制定了太空中的半導體器件建筑藍圖。

在太空中制造微電子產(chǎn)品有可能消除半導體制造過程中冗長且昂貴的關鍵步驟，特別是對于地球上使用的基于 3D 氧化物的電阻式 隨機存取存儲器 (RRAM) 設備，這些 3D 器件與傳統(tǒng) 2D RRAM 器件的不同之處在于，它們是垂直堆疊的存儲器存儲單元層，而不是傳統(tǒng)的平面排列，從而可以在單個器件中實現(xiàn)更小的占位面積和更多的存儲空間。

該團隊的研究由 CHIPS 和科學法案 以及 NASA 太空生產(chǎn)應用程序項目的資金資助。該項目由首席研究員 、美國宇航局高級材料工程師柯蒂斯·希爾 (Curtis Hill) 領導，旨在利用太空微重力環(huán)境產(chǎn)生的減壓來消除蝕刻的需要，蝕刻是在芯片表面加深溝槽，為芯片導電金屬觸點留出足夠的空間。

由于需要較厚的半導體晶圓薄膜材料層來補償重力壓力，因此，在地球半導體制造工藝中需要進行蝕刻。研究人員假設，由于缺乏重力，可以在太空中使用更薄的薄膜層，從而在制造過程中已經(jīng)形成了足夠深的溝槽，無需進行蝕刻。

上圖所示為助理教授 Ying-Chen「Daphne」Chen 站在顯示月球圖像的屏幕前，手里拿著反映地球模型的半導體材料。她正與美國宇航局以及工業(yè)界和學術界的合作者合作，開發(fā)一種微重力環(huán)境下的微電子制造方法，以減少制造設備所需的資源。

「為了制造芯片，晶圓廠通常需要在地球上的潔凈室中進行許多步驟，」富爾頓學院電氣、計算機和能源工程學院的教員陳說：「該項目的目標是使用能夠制造 3D 堆疊結構、活性層和金屬的打印機來實現(xiàn)一體式打印?！?/span>

使用這些半導體印刷設備（其占地面積比地球上的制造設施小得多）將減少制造 3D RRAM 設備所需的時間，并消除對大量個人防護設備的需求。許多行業(yè)合作者都對該方法感興趣，包括 Tokyo Electron America、Axiom Space、英特爾和富士膠片，這些公司都參與了這項研究。

「對于未來的商業(yè)化制造，更多的運輸公司將加入太空運輸?shù)男辛校瑥亩档统杀静⑻岣吒偁幜Γ龟愓f：「我看到許多這樣的技術，或者它們的高速自動化版本，最終可以在小型、近地軌道工廠中建立一個用于芯片制造和表征的半導體生態(tài)系統(tǒng)。」

來自商業(yè)空間站的半導體產(chǎn)品

該研究團隊的學術成員包括愛荷華州立大學材料科學與工程系副教授 Shan Jiang 和威斯康星大學麥迪遜分校工業(yè)與系統(tǒng)工程系助理教授 Hantangqin，他們將首次測試他們的半導體制造理論。由零重力航空公司進行的拋物線飛行將提供 20 秒的零重力條件。

下圖所示為陳和她的合作者打算試驗太空建筑的設備類型。已經(jīng)經(jīng)過蝕刻工藝的測試設備將在其蝕刻溝槽中注入特殊墨水，以確定墨水在制造過程中的有效性。

飛機起飛前將安裝一臺微電子制造打印機，并在達到零重力條件后啟動，然后它將在這 20 秒內打印出半導體器件。這些航班計劃于今年 10 月起飛。

如果這項研究成功，它將為在國際空間站以及未來的商業(yè)空間站（例如 Axiom Space 計劃的空間站）上安裝半導體印刷設備打開一扇大門。連接到軌道上較大空間站的浮動工廠也是一種可能性。

希爾表示，該研究旨在開發(fā)制造方法，使美國電子工業(yè)重新獲得全球工業(yè)的主導地位。

「我們堅信，低地球軌道和微重力環(huán)境的利用是一項改變游戲規(guī)則的技術，將使美國在半導體制造領域占據(jù)領先地位，」他說?！肝覀兿Ｍ罱K推動美國半導體制造能力的進步，并為其發(fā)展太空經(jīng)濟?！?/span>

希爾選擇陳參與該項目是因為她在下一代存儲器件方面的專業(yè)知識，她正在領導該項目的制造方法。作為首次與亞利桑那州立大學合作，希爾表示迄今為止的經(jīng)歷給他留下了深刻的印象，并希望在未來的項目上繼續(xù)與該大學合作。

「我真的很喜歡和陳博士一起工作，」他說：「她充滿熱情并帶來積極的態(tài)度，像她這樣樂觀、總是尋找優(yōu)勢和能夠幫助團隊的事情的研究人員是一筆巨大的財富。」