Primeur voor halfgeleiderproductie in een baan om de aarde

De Engelse startup Space Forge meldt dat het met succes plasma heeft gegenereerd aan boord van zijn ForgeStar-1 satelliet. Dit opent volgens CEO Joshua Western de weg naar hybride productie van superzuivere (U)WBG-materialen door de combinatie van kristalgroei in een baan om de aarde en verdere verwerking op aarde.

‘Microgravity as a service’. Met deze knipoog naar SaaS (en al die andere XaaS-en) heeft Space Forge een concept uitgedacht om geavanceerde materialen te produceren met zuiverheden, die met productie op alleen de aarde niet zijn te realiseren. Het bedrijf richt zich daarbij op wide en ultra-wide bandgap materialen, zoals galliumnitride, siliciumcarbide en aluminiumnitride. Toepassingen voor deze materialen zijn onder meer vermogenselektronica, geavanceerde communicatie en kwantumcomputers.

Op aarde wordt de ontwikkeling van dergelijke materialen beperkt door defectvorming, onzuiverheden en thermische instabiliteit tijdens de groei. In de ruimte heb je daar minder last van, zo is het idee. Door de microzwaartekracht is er (nagenoeg) geen convectie, het ultrahoge vacuüm zorgt voor een stikstofverontreiniging van bijna nul. In combinatie met de stabiele thermische omstandigheden kunnen halfgeleiderkristallen worden geproduceerd die vele malen zuiverder zijn dan die op aarde, met tot wel honderd keer minder effecten, stelt Space Forge op zijn website.

Hybride model

Door een satelliet met het benodigde instrumentarium in een lage baan om de aarde, de low earth orbit (LEO), te brengen kan je in de ruimte onder die ideale omstandigheden de kristalgroei realiseren. Nadat de satelliet gecontroleerd op aarde is teruggekeerd kan je vervolgens onder aardse condities aan de slag met het materiaal voor de verdere productiestappen, zo is de gedachte achter het hybride productiemodel.

Om deze hybride werkwijze te ontwikkelen is in juni 2025 is de ForgeStar-1 als onderdeel van SpaceX’s Transporter-14 rideshare missie in een baan om de aarde gebracht. Aan deze satelliet, die door Space Forge wordt betiteld als ‘het eerste vliegende commerciële halfgeleiderproductie-instrument dat ooit in de ruimte is gebruikt’, gaan ruim vier jaar aan ontwikkeling, testen en het voldoen aan regelgeving vooraf.

Kristalgroei

Inmiddels heeft het bedrijf laten zien dat de voorwaarden die nodig zijn voor kristalgroei in de gasfase kunnen worden gecreëerd en gecontroleerd op een autonoom platform in de ruimte. “Het genereren van plasma in een baan om de aarde betekent een fundamentele verschuiving. Het bewijst dat de essentiële omgeving voor geavanceerde kristalgroei kan worden bereikt op een speciale, commerciële satelliet, wat de deur opent naar een volledig nieuwe productiemogelijkheden”, zegt Joshua Western, CEO en medeoprichter van Space Forge.

Volgende stappen

De plasmabestraling is een eerste stap in het onderzoeken hoe de beoogde voordelen in de ruimte zich vertalen in de werkelijke prestaties van de materialen. Een volgende stap bestaat uit een reeks lokale, op de satelliet uitgevoerde testen om het gedrag van plasma in microzwaartekracht in kaart te brengen.

Het terugbrengen van het gekweekte materiaal naar de aarde, om –in dit stadium– te laten opschalen in het Centre for Integrative Semiconductor Materials van de Universiteit van Swansea, is nog niet aan de orde. Die stap is voor toekomstige missies voorzien.