Как сделать процессор в домашних условиях – простое пошаговое объяснение в картинках

 Краткое руководство как сделать процессор из камней и песка своими руками. С развитием промышленных технологий мы рискуем утратить навыки самостоятельно производить даже самые базовые вещи. Этот материал описывает гипотетический техпроцесс изготовления интегральных плат своими руками.

Я уже некоторое время подписан на блог талантливого инженера и техноэнтузиаста Роберта Элдера (Robert Elder). Тема самостоятельного изготовления CPU мне показалась крайне любопытной, поэтому я набрался наглости и попросил у Роберта разрешения перевести его статью на русский язык, на что он любезно согласился. Эта статья является адаптированным и дополненным переводом оригинального материала Роберта «How To Make A CPU - A Simple Picture Based Explanation», иллюстрации также взяты с его сайта и публикуются с его согласия.

Итак приступим…

Шаг 1

Добыть кремний (в виде естественного минерала)

Как сделать процессор в домашних условиях – простое пошаговое объяснение в картинках

Шаг 2

Разбить кремний

Разбить кремний

Теперь у вас есть 98% концентрированный диоксид кремния

диоксид кремния

Шаг 3

Очистите его до 99,9% чистого диоксида кремния

диоксид кремния

Синтетический диоксид кремния получают нагреванием кремния до температуры +400…+500 °C в атмосфере кислорода, при этом кремний окисляется до диоксида SiO2 или термическим оксидированием при больших температурах.

В лабораторных условиях синтетический диоксид кремния может быть получен действием кислот на растворимые силикаты:

Na2Si3O7 + H2SO4 -> 3 SiO2 + Na2SO4 + H2O

Шаг 4

Очистите его до 99,9999999% металлического поликремния.

Поликристаллический кремний

Процесс осаждения слоя поликристаллического кремния на полупроводниковой пластине достигается за счет химического разложения из силана (SiH 4) при высоких температурах 580 до 650 °С:

SiH4(g) → Si(s) + 2 H2(g)

Шаг 5

Поместите слитки поликремния в тигель

Поместите слитки поликремния в тигель

Шаг 6

Нагреть слитки кремния до 1698 °К или 1424,85 °C

Нагреть слитки кремния до 1698 °К или 1424,85 °C

ВНИМАНИЕ: не пытайтесь плавить кремний при температуре 1424,85 °C в домашней кухонной печи! В лучшем случае у вас просто не получится добится такой температуры.

Шаг 7

Возьмите небольшой затравочный монокристалл и опустите его в чан с расплавленным кремнием.

опустите затравочный монокристалл в чан с расплавленным кремнием

ВНИМАНИЕ: не помещайте руки в расплавленный кремний! Это вероятно приведет к тяжелым ожогам, постарайтесь избегать этого!

Шаг 8

Медленно вытащите кристалл, пока он остывает

кристалл кремния

ЕЩЕ РАЗ: ни в коем случае не суйте руки в горячий кремний!

Дополнительная литература: Буль, Метод Чохральского.

монокристалл кремния

Шаг 9

Теперь у вас есть монокристалл чистого кремния. Нарежьте его тонкими ломтиками

монокристалл чистого кремния

Режьте осторожно, кремний довольно хрупкий, постарайтесь избегать сколов.

монокристалл чистого кремния

Шаг 10

Теперь у вас есть свеженарезанные кремниевые пластины. При желании можно добавить в них бор, фосфор или другую легирующую добавку.

свеженарезанные кремниевые пластины

Шаг 11

Нанесите фоторезист на пластину

фоторезист

Шаг 12

Возьмите хромированную фотолитографическую кварцевую маску с желаемым рисунком схемы и пропустите через нее лазерный луч, чтобы спроецировать рисунок схемы на пластину

фотолитография

фотолитография

Расположение теней, создаваемых фотомаской, будет определять, где фоторезист химически изменяется на поверхности кремниевой пластины в зависимости от того, использовали ли вы положительный или отрицательный фоторезист.

фотолитография

Шаг 13

Теперь проявите фоторезист

проявите фоторезист

Шаг 14

Кислотное травление открытых частей пластины

Кислотное травление

Шаг 15

Выполните бесчисленные итерации гомоэпитаксии, гетероэпитаксии, псевдоэпитаксии, диффузионного легирования, медных соединительных слоев, химико-механической полировки, нанесения фоторезиста, кислотного травления и экспонирования фотомаски для создания желаемых характеристик на пластине.

Как сделать процессор в домашних условиях – простое пошаговое объяснение в картинках

Как сделать процессор в домашних условиях – простое пошаговое объяснение в картинках

Шаг 16

Теперь у вас есть готовая кремниевая пластина. 

кремниевая пластина

Разрежьте его на кусочки

кремниевая пластина

Шаг 17

Теперь у вас есть неупакованные кремниевые матрицы. Найдите контактные площадки на кремниевом чипе и прикрепите соединительные провода или используйте метод флип-чипа, как это делается сейчас для большинства современных процессоров.

кремниевые матрицы

кремниевые матрицы

Шаг 18

Используйте соединительные провода или шарики припоя, чтобы обеспечить электрическое соединение между выводами на корпусе микросхемы и контактными площадками на кремниевом кристалле.

соединение между выводами на корпусе микросхемы и контактными площадками на кремниевом кристалле

Готово

Поздравляем, вы сделали собственный DIY процессор!

CPU DIY

Предостережения

Не советуем проводить процесс дома без специального оборудования, средств защиты и навыков. Данный материал несет ознакомительный характер и не может считаться исчерпывающим руководством. Химические вещества требуемые для работы опасны и токсичны, работать с ними следует только в надлежащем защитном снаряжении в помещении со специальной вентиляцией. Автор материала и автор оригинальной статьи не несут ответственности, за возможный ущерб в случае использования данного руководства.

В заключении

Очевидно, что процесс создания современного процессора более сложен и менее четко определен, чем описанный в этой статье. Каждое новое поколение чипов обычно вносит изменения в способ создания элементов на пластине. Многие распространенные методы даже не упоминаются в этой статье, а многие важные шаги были опущены. Важные детали (такие как точный химический состав/концентрация) строго конфиденциальны, и вы не увидите, чтобы кто-нибудь описал их на HackerNews или Reddit. Многие этапы процесса такие как получение и очистка кремния имеют более одного широко используемого метода. Если вы хотите узнать больше об этих темах, правильные поисковые фразы: «Усовершенствованная оптика для фотолитографии» и «Нанотехнология химического осаждения» или «Литографическая метрология»

Хотя эта статья не идеальна, есть надежда, что заинтересованный читатель получит пользу в качестве направления поиска для дальнейших исследований.

В то время как передовые функции нанометрового масштаба вряд ли будут доступны для любителей, изготовление любительских чипов микронного масштаба кажется вполне осуществимым. Вероятно, вы даже можете построить некоторые базовые чипы с небольшим количеством оборудования. Вероятно, вы могли бы превратить это в хобби, продавая нестандартные чипы другим техническим специалистам!

Комментарии