「芯片」他22岁在家自造芯片，性能接近英特尔初代，连光刻机都有解决方案

原文标题：他22岁在家自造芯片，性能接近英特尔初代，连光刻机都有解决方案

万万没想到，造芯这件事，竟然还能如此 " 亲民 "：

在22 岁的年纪，一个人竟能凭一己之力，在自家车库里打造一块芯片！

△ 图源：WIRED

你没听错，这就是一位名叫Sam Zeloof的美国小伙，硬生生给搞出来的事儿。

而且他在车库里 DIY 的芯片，是连光刻机在内一系列设备都是亲手改造的那种。

若是从工艺角度来讲，就相当于英特尔第一款芯片 "4004" 的尺寸——10 微米。

当然了，毕竟是靠自己一个人，在晶体管数量方面，Zeloof 的芯片为 1200 个，而英特尔 "4004" 的则是 2300。

不过 Zeloof 的工作还是得到非常高度的认可，这不《连线》（WIRED）杂志最近就评价道：

展示了小型芯片 " 工匠们 "（所能带来）的可能性。

甚至 Zeloof 本人还 " 王婆卖瓜，自卖自夸 " 地说：

我的工作可是超越了摩尔定律的哦。

（注：摩尔定律是指集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔 18 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。）

或许读到这里，你已经发出了疑问，" 当真这么神奇吗 "？

别急，我们继续往下扒一扒。

在车库里 DIY 的芯片

原来，WIRED 此次介绍的芯片，已经是 Zeloof 打造的第二款芯片（2021 年 8 月），名为Z2。

而第一款芯片 Z1，则是他早在 2018 年打造的产品。

Z1 所拥有的晶体管数量仅仅为 6 个，而 Z2 在这方面数量，足足是 Z1 的200 倍。

也难怪 Zeloof 敢半开玩笑地说出 " 超过摩尔定律 " 的话了（还给自己做了张图表）：

从面积来看，Z2 的大小也仅为 Z1 的四分之一，包含 10 x 10 的晶体管阵列。

面积虽小了，但 Z2 晶体管在示波器上得到的输入输出曲线，依旧是教科书那般完美。

并且 Zeloof 的芯片不仅仅是停留在 " 做出来 " 阶段，还是已经 " 用上了 " 的那种。

例如 Z1 就应用到了 LED 闪光灯、吉他失真踏板等：

但 Z1 的缺点也比较明显，那就是它的 MOSFET 阈值电压会比较高。

这就需要连接 2 个 9V 电池才能去让 Z1 正常工作。

而 Z2 要解决的正是这个问题，也就是可以在低电压的情况下良好运作起来。

正如 Zeloof 自己介绍的那样：

Z2 与 Z1 相比，更小、更好、更快。

当然，更令大众更惊讶的点，还在于 Zeloof 的年龄——

造出 Z1 芯片的时候，他才在上高中三年级；而到了 Z2 芯片，他则是在卡内基梅隆大学读大四。

这也难怪不少网友将其称为 " 天才少年 "。

而在 Z2 问世半年后，也就是这个月初，Zeloof 还宣布他" 设计一款新芯片，离正常运行不远了 "！

看来 Zeloof 的 Z3 芯片，也是准备即将问世了。

那么接下来的一个便是：

如何一己之力打造芯片？

即便是被称作 " 天才少年 "，但 Zeloof 的 DIY 项目也并非是一帆风顺。

毕竟造芯，从来就不是一件简单的事情。

以 Z2 为例，打造它的第一步，就是做设计工作。

而这一步，你可能没想到的是，他竟然是在PhotoShop（PS）中完成的……

Zeloof 对此解释说，因为他的芯片只有 4 层需要设计，所以用 PS 会比其它软件来得更简单一些。

接下来就是做晶圆（制作芯片所用的硅晶片）。

但由于最初的晶圆太大了，所以 Zeloof 用金刚石划线器把它们切割成2 英寸见方。

然后 Zeloof 在晶圆的表面上图涂上光刻胶，再把它放到自制旋涂仪上，用 4000rpm 的速度去旋转个 30 秒钟。

之后把它放到 95 度的热板上干燥 1 分钟，留下一层固体薄膜，这就得到了晶圆上的掺杂层（Doped Layer），用来制造 MOSFET 的源极 / 漏极。

在此之后，Zeloof 把它 " 移步 " 到自制的无掩膜光刻机进行光刻。

例如下面蓝色点便是整个曝光场，会留在一个位置大概 9 秒钟时间，然后便可以把晶圆移到另一个位置，继续去曝光那个地方。

之后在显影步骤中，Zeloof 把晶圆浸泡在氢氧化钾溶液中大约 1 分钟时间。

这样做的目的，是把上一步曝光的光刻胶部分给蚀刻掉。

至此，光刻胶的 " 使命 " 算是完成了，Zeloof 便用丙酮洗刷将其剥离掉。

而这些个步骤还仅仅算是个开始。

Zeloof 手中的晶圆又继续经历了扩散掺杂磷、腐蚀氧化层、溅射金属、腐蚀金属、表征、打线、封装、测试等一些列种种步骤。

这整个过程的复杂程度，是可见一斑了。

而在 Zeloof 的介绍过程中，" 自制（homemade）" 这次被提及了许多次。

这因为在他车库里的几乎所有设备，大到光刻机、显微镜，小到瓶瓶罐罐的试剂、溶液，都是 Zeloof 从 Bay 或其它等渠道淘来，然后一点一滴地手动做了改良。

但即便 Zeloof 克服了种种困难，与标准商业制造芯片相比，还是有一些 " 硬伤 " 是无法避免。

例如他的车库并能做到无菌环境，因此 Zeloof 的芯片就会因为细小的 " 杂质 "，出现短路的情况。

不过从现在的结果来看，可以说 Zeloof 的成果还是较为成功的。

车库造芯，还在继续

能 hold 住如此复杂的过程，而且其中各种细微亲手参与改良。

Zeloof 的 DIY 着实令网友惊艳了一把。

这也就不难理解为什么网友能给出这样高度的评价了：

这是我所见过 " 自制 " 这个词，最令人印象深刻的用法之一。

这是我见过惊艳的 DIY 项目！实验室也是有够疯狂的了！

但 Zeloof 在车库造芯的脚步，至此还并没有停止。

据 WIRED 介绍，Zeloof 最近升级了他的光刻机，可以把工艺缩小到 300 纳米（0.3 微米）。

这个水平已经可以与 90 年代中期的商业芯片相媲美。

那么 Zeloof 接下来还会给我们带来怎样的惊喜？

是值得拭目以待了。

参考链接：

[ 1 ] https://www.wired.com/story/22-year-old-builds-chips-parents-garage/

[ 2 ] http://Zeloof.zeloof.xyz/category/semiconductor/

[ 3 ] https://www.youtube.com/watch?v=IS5ycm7VfXg

[ 4 ] https://twitter.com/szeloof

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