在自家车库造芯片？还用到光刻技能？先别吃惊，国外真有人这么干了，而且仍是一名高中生。

　　美国小伙 Sam Zeloof 从高中开端就测验自行研制芯片，Zeloof 称他最开端是在油管上看到一位博主共享了克己晶体管的视频，很有爱好，因而自己也开端搜集制作芯片所需的原材料和二手设备，为芯片制作做准备。

　　2018 年 4 月，17 岁的 Zeloof 发布了自己研制的第一代芯片 Z1，Z1 选用 5 微米 PMOS（指 n 型衬底、p 沟道，靠空穴的活动运送电流的 MOS 管）制程，尽管只要 6 个晶体管，但 Z1 对 Zeloof 而言更多是一块设备测验用芯片，当逐步调试好设备和把握了芯片的出产流程后，Zeloof 未来的方针是制作出能到达英特尔历史上第一款处理器 Intel 4004 水平的芯片。

　　Zeloof 表明他用第一个芯片做了一些很帅的项目，如 LED 闪光器，还有吉他的失真效果器，尽管它们的作业状况都不错，但问题也很明显，像是 mosfet（一种能够广泛运用在模仿电路与数字电路的场效晶体管）的阈值电压很高，因而需求衔接 1-2 个 9 伏的电池，Zeloof 想在他的新一代芯片上处理这个问题。

　　总算，本年 Zeloof 的新一代芯片 Z2 来了，他在其个人博客（）上共享了其制作的升级版 Z2 芯片的全进程。

　　据其泄漏，Z2 芯片选用 10 微米多晶硅栅极工艺并可包容 100 个晶体管，这与 Intel 4004 处理器的技能相同，Z2 芯片是一个简略的 10 × 10 晶体管阵列，用于测验、表征和调整进程，但这是向更先进的 DIY 计算机芯片迈出的一大步。

　　Zeloof 做了 12 个晶体管的阵列，因而整个硅片上集成了 1200 个晶体管，英特尔的第一款处理器 Intel 4004 也只要 2000 个晶体管，Zeloof 表明产自 手作业坊 Z2 芯片现在也到达了一个不错的杂乱水平，究竟他一个人干了上个世纪 70 时代英特尔一组人做的作业，Zeloof 表明他很快就会制作更多风趣的电路。

　　Zeloof 表明这款新芯片是经过多晶硅栅极工艺制作的，它的阈值电压仅为 1 伏左右，能在十分低的电压下杰出的作业，一起，它的逻辑电压能够低至 3.3 伏到 5 伏，因而功耗更低，而且能够封装成更小的芯片。

　　令人惊异的是，Z2 芯片的第一道工序竟然是从 PS 中开端的，Zeloof 表明他运用 PS 来做芯片规划的原因是 PS 相较于一些杂乱的专业芯片规划软件运用起来愈加便利。

　　Z2 芯片的制作首要经过 200mm 的晶圆开端，这些初始晶圆比较大，因而 Zeloof 首要用金刚石划片把晶圆切成了半英寸正方形的小块。

　　Zeloof 首要要做芯片的掺杂层，它能构成 mosfet 的源极和漏极，他把切好的晶圆放到自旋机上，然后在上面堆积光刻胶，只需求大约 100 微升光刻胶就能掩盖整个晶圆，然后以 4000rpm 的速度旋转 30 秒将剩余的光刻胶旋出。

　　随后将晶圆放在约 95 度的电热板上枯燥 1 分钟用来除掉剩余的溶剂，在溶剂枯燥后会留下一层固态薄膜。

　　然后将晶圆送入克己的无掩模光刻机中进行曝光，意图是将之前 PS 中的图画投影到芯片上，经过 dlp 投影仪把一些光学器材将图画缩小并投射至芯片。晶圆中心的蓝点是整个曝光场，它大约会持续 9 秒，当曝光一次完毕后持续移动晶圆，以曝光其它区域。

　　下一个进程是显影。首要把晶圆放在必定百分比的氢氧化钾溶液中约一分钟，然后蚀刻掉露出的光刻胶部分，接着用水洗去残留的显影剂，并用显微镜查看以保证一切正常，假如呈现了问题能够把光刻胶层揭掉，然后用不同的曝光或显影时刻再来一次。

　　光刻的图画是在光刻胶层中构成的，下一步是要用蚀刻剂把图画转移到多晶硅层，因而暂时不需求光刻胶掩膜层，能够用丙酮将其剥离。

　　随后对芯片进行清洁枯燥，然后加上磷溶液并进行旋转，接着在一千多摄氏度的高温下烘烤 45 分钟，这样才能将磷原子转移到方才用光刻胶构成的小井中，以构成 mosfet 的源极和漏极。

　　src=晶圆在高温进程后外表会有一层绝缘的二氧化硅掩盖，因而在触摸层掩膜完毕后，还要用氢氟酸（美剧《绝命毒师》中的 化尸水 ，尽管是弱酸但腐蚀性惊人，玻璃容器也能腐蚀，化工学子们有道 宁用硫酸盐酸硝酸不必氢氟酸 ）或许三氟甲烷之类的试剂进行刻蚀，然后剥离绝缘体来保证通电。

　　然后将晶圆放入线 微米厚的铝层，然后再重复整个光刻进程，炫图曝光和显影，以构成金属层。

　　src=但这并不意味着整个芯片出产流程的完结，还需求对制作的芯片进行查看，例如丈量栅极的长宽和层厚等参数；用探针台检测晶体管的无缺程度。当然，这一步适当繁琐而且这些晶体管十分小，所以衔接这些晶体管并不简略。

　　最终，用一台上世纪 80 时代出产的老货惠普 4145A 精细半导体参数分析仪，来对晶体管进行电流、电压测验。

　　src=惠普 4145A 精细半导体参数分析仪，ebay 上二手价大约 1.4 万人民币

　　Zeloof 制作的晶体管丈量后得到的 N 沟道 mosfet 的 I-V 曲线（电流、电压特性曲线，一般用作东西确认和了解组件或设备的基本参数，而且还能够用于在电子电路中对其行为进行数学建模），Zeloof 表明最终成果还算不错。

　　当然，实践的芯片制作进程远没有上述介绍的那么简略，即便是 Zeloof 在车库中克己的芯片良品率也并不算高，一般 12 个 Z2 芯片中只要一个是彻底没有缺点的，剩余的大约只能完成 80% 的功用，出产流程还需求不断调整和完善。

　　Zeloof 表明，在开端克己芯片这个项目之前并不知道自己将进入哪个范畴取得什么，经过这段车库克己芯片阅历，他在物理、化学、光学、电子学以及许多学科范畴中学到的东西远超自己的幻想。

　　Zeloof 从 2017 年开端在博客中连续共享的他的项目，取得了不少活跃的反应，有不少芯片专业人士以及爱好者与他联络，乃至得到了一位上世纪 70 时代运用相似芯片出产流程的资深工程师的协助。就像 Zeloof 受别人影响开端了自己的车库芯片项目，Zeloof 也期望自己的阅历能鼓励别人对手艺制作芯片的酷爱。

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