这位22岁的年轻人在他父母的车库里自制芯

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今年8月,芯片制造商,美国英特尔公司宣布了其将建造“超级工厂”计划的一些新细节。这座耗资亿美元的工厂将由1万名工人在这里制造出镶嵌着数十亿个晶体管的新一代处理器。而就在同一个月,22岁的山姆·泽洛夫(SamZeloof)在位于新泽西州的自家车库里独自完成了一款带有个晶体管的自制芯片。

在放大镜下,萨姆·泽洛夫完成了这款带有个晶体管的自制芯片

山姆·泽洛夫利用一些回收和自制的设备,将硅片切成薄片,用紫外线在上面绘制出微观图案,然后将其浸泡在酸中,并在YouTube和他的博客上记录了这一过程。他说:“也许是因为过于自信,但我有一种心理,认为其他人可以做到,所以我也可以,即使可能需要更长的时间”。

这是他制作的第二枚芯片,年,在他上高中的时候他制作了一个比较小的。而在那之前一年,他开始制造单个晶体管。他的芯片在技术上落后于英特尔,但泽洛夫半开玩笑地说,他取得的进步比半导体行业早期的进步要快。他的第二块芯片的晶体管数量是第一块芯片的倍,其增长速度超过了摩尔定律。摩尔定律是英特尔的一位联合创始人创造的经验法则,该法则称芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番。

泽洛夫现在希望能达到英特尔年的芯片的规模,这是第一款商用微处理器,拥有个晶体管,用于计算器和其他商用机器。12月,他开始研究一种可以进行简单加法的临时电路设计。

泽洛夫在年就开始自己制作芯片,发明家兼企业家的杰里·埃尔斯沃思(JeriEllsworth)在YouTube视频中制作了自己的拇指大小的晶体管给他留下了深刻印象。泽洛夫开始复制埃尔斯沃思的项目,并采取他认为合乎逻辑的下一步。当泽洛夫开始在博客上写下他的项目目标时,一些行业专家曾发电子邮件告诉他这是不可能的。但泽洛夫的家人表示支持,但也很谨慎。他的父亲请来一位他认识的半导体工程师提供一些安全建议。马克·罗斯曼(MarkRothman)在芯片工程领域工作了40年,现在在一家生产OLED屏幕技术的公司工作。他介绍说:“我的第一反应是做不到。这是一个车库”。但看到泽洛夫的进步,罗斯曼的看法发生了改变。

现代芯片的制造是在昂贵的暖通空调系统下,来清除掉那些可能会干扰机器的灰尘的环境中进行的。泽洛夫无法匹配这些技术,因此他阅读了20世纪60年代和70年代的专利和教科书,当时飞兆半导体(FairchildSemiconductor)等公司的工程师在普通工作台上制造芯片。“他们描述了使用X-Acto刀片、胶带和几个烧杯的方法,而不是用‘一个房间大小的,价值万美元的机器’的方法。”泽洛夫说。

在eBay和其他拍卖网站上,他找到了20世纪70年代和80年代的廉价芯片设备,这些设备曾属于后来倒闭的加州科技公司。许多设备都需要修理,但旧机器比现代实验室机器更容易修理。泽洛夫认为最好的发现之一是一台在90年代初价值25万美元的破损电子显微镜;他花了美元买下它并把它修好了。这台电子显微镜可以检查芯片的瑕疵。

泽洛夫修复了网上购买的过时设备,包括一台电子显微镜,用来制造他的芯片

泽洛夫有时不得不即兴创作,就像在一家真正的芯片制造厂一样,他想用一种叫做光刻的工艺将显微镜下的详细设计转移到他的设备上。这需要在感光材料中涂覆芯片,并使用超精密投影仪等设备在模板中刻录,从而指导后续处理步骤。但光刻机价格昂贵,因此泽洛夫在亚马逊上购买的一台经过改装的会议室投影仪安装在显微镜上,该设备将他的设计以微小的规模投射到硅晶片上,硅晶片表面覆盖着对紫外线敏感的材料。

年,泽洛夫在他的车库里经过大约12个小时的工作,制作了第一块芯片Z1。年末,泽洛夫开始在卡内基梅隆大学学习电气工程,并决定升级了设备,为他的第二块芯片Z2做准备。Z2使用了一种更快的开关晶体管设计,这种设计基于一种晶体硅(称为多晶硅)的晶片,这种晶体硅在20世纪70年代占主导地位。

泽洛夫的第一块芯片Z1于年制造,有六个晶体管

泽洛夫在一个自制的小转盘上以每分钟转的速度手工切割半英寸见方的多晶硅,每一块都变成一个单独的芯片,用感光材料将他的设计转移到表面。然后,他用自制的光刻机实现他的设计:一个由12个电路组成的网格,每个电路有个晶体管,总共有个晶体管。然后用酸蚀刻每个芯片,并在约摄氏度的炉中加热,加入磷原子烘烤,来调整其导电性。这与今天的商业晶圆厂生产芯片的方式大致相似,通过一系列步骤逐步添加和移除设计中不同部分的材料。泽泽洛夫的第二代芯片上的晶体管比第一代芯片上的晶体管快10倍左右,其特性小至10微米,比红细胞大不了多少。

今年8月,泽洛夫将Z2与惠普公司在其出生前大约20年发布的一款方形米色半导体分析仪相连,对其进行了测试。在它发光的绿色屏幕上,一系列平滑的电流-电压曲线标志着标志着它成功了。泽洛夫说:“看到这条曲线真是太棒了,这是你花了一整天的时间把这小块晶体泡进化学品烧杯后生命的第一个迹象。”

他的第二个芯片Z2在年8月完工,有个晶体管

泽洛夫说。他的项目在Twitter上获得了大量

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