來自量子位

大家好，我是小 G。

眾所周知，全球最近陷入了 “缺芯危機(jī)”。

一位加拿大小伙兒一聽說這事，立馬坐不住了，立志要解決這個(gè)問題。

他想了一想，芯片的主要原料不就是硅么，而硅一般是從石英石里提取的。

于是，靈感爆棚的他發(fā)揮 DIY 精神，抄起家伙就開干。

第一步，就從撿石頭開始。

至于提煉硅需要的設(shè)備有用到湯鍋、電磁爐等廚具。

再輔以牙刷拋光和小刀切割。

最后，小伙把整個(gè)制作過程濃縮成一部只有 99 秒的視頻教程，免費(fèi)分享到網(wǎng)上。

步驟相當(dāng)完整，只是缺少億點(diǎn)點(diǎn)細(xì)節(jié)那種（手動(dòng)狗頭）。

△就是這種

從石頭到芯片

首先小伙把撿來的石英石敲碎，得到二氧化硅顆粒。

世界上純度最高的石英石在美國(guó)北卡羅來納州的采石廠，不過純度也就 98%。

想要造芯片的話還要提純，純度達(dá)到 99.9% 的話是這個(gè)樣子。

至少提純到 99.9999999%，才可以制備成多晶硅 （polysilicon）。

接下來他把多晶硅錠放到鍋里，想辦法加熱到 1698 開式度（1424.85 攝氏度）。

再把一小塊單晶硅放進(jìn)去當(dāng)引子，融化的硅會(huì)在與單晶硅的交界面上重新排列分子結(jié)構(gòu)，隨著冷卻凝固成單晶硅。

這種方法由波蘭科學(xué)家丘克拉斯基提（Czochralski）發(fā)明，有一個(gè)形象的名字叫提拉法。

為什么叫提拉法呢？因?yàn)槔鋮s后就可以像這樣把制成的單晶體拉出來：

小伙下一步做的是把硅晶體切割成薄片，這就是經(jīng)常能聽到的晶圓了。

光滑得可以當(dāng)鏡子用。

不過這時(shí)晶圓的導(dǎo)電性能還不夠好，需要摻雜一些硼或磷，比如火柴頭上就有磷。

對(duì)這個(gè)過程，有網(wǎng)友評(píng)論道：就像我奶奶烤餅干一樣。

不過再后面才是最關(guān)鍵的步驟 —— 光刻。

首先他往晶圓片上涂光刻膠 （Photoresist）。

再把需要的電路圖案制成帶一層鉻的石英掩膜版，掩膜版的作用相當(dāng)于洗相片時(shí)候的底片。

下一步他用激光把掩膜版上的電路圖案投射到晶圓，讓掩模產(chǎn)生的陰影位置控制光刻膠在晶圓片表面發(fā)生化學(xué)變化的位置。

后面的步驟就像洗相片一樣，倒上顯影液，用酸（小伙用的是白醋）腐蝕晶圓的暴露部分，洗掉殘留的光刻膠。

再加上億點(diǎn)點(diǎn)工藝細(xì)節(jié)，包括同質(zhì)外延、異質(zhì)外延、偽外延、擴(kuò)散摻雜、銅互連層、化學(xué)機(jī)械拋光、涂光刻膠、酸蝕刻和光掩模曝光。

以上操作重復(fù) N 遍，直到……

再對(duì)光刻完畢的晶圓進(jìn)行切割，就得到了未封裝的裸片（die）。

最后，小伙展示了焊接、封裝一氣呵成。

這就是從石頭到 CPU 的全部過程了。

還真有人做出來過

視頻看完后，這位加拿大小伙還有幾句話要說。

首先有一點(diǎn)需要聲明，不建議任何人真的去嘗試這些方法，視頻中出現(xiàn)的 “光刻膠” 等只是道具，真正的化學(xué)原料非常危險(xiǎn)，必須要在通風(fēng)、安全的環(huán)境下操作。

另外生產(chǎn)現(xiàn)代 CPU 的實(shí)際工藝流程要比視頻中描述的復(fù)雜得多，而且專利都掌握在大公司手里。

有網(wǎng)友開玩笑說他 “這個(gè)視頻侵犯了大量的專利，我報(bào)警了”。

小伙也調(diào)侃到 “我用的都是開源石頭，所以應(yīng)該還好”。

最后，雖然一個(gè)人在家里無法真的打造出納米級(jí)芯片，但是小伙分享了另一位 DIY 達(dá)人 Sam Zeloof 的頻道。

微米級(jí)制程的那種芯片 Sam 還真做出來了。

他的最新進(jìn)展是把自制芯片升級(jí)到了集成 1000 個(gè)晶體管。

視頻地址：

https://www.youtube.com/watch?v=vuvckBQ1bME

Sam Zeloof 的頻道：

https://www.youtube.com/c/SamZeloof/videos

參考鏈接：

[1]https://blog.robertelder.org/how-to-make-a-cpu/

[2]https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/czochralski-process