У меня есть паяльник, проволока и кусок кремния. Как сделать проце… Хотя, нет. Как сделать диод?
Статья носит чисто ознакомительный характер и ни в коей мере не призывает к выполнению действий, описанных в данной статье. Здесь все смертельно опасно: начиная от высоких температур, заканчивая химреактивами.
Ну что? Приступим? Первое, что было сделано, так это куплена кремневая пластина n-проводимости. Потом разделил её на более мелкие пластинки. Далее нужно было создать оксидную пленку на поверхности кремния. Для этого положив кремний в тигельную печь, разогретую до 1000 С, поливал его дистиллированной водой. Покрытие, пусть на троечку, но образовалось. После охлаждения покрыл одну сторону фоторезистом, подсушил и засветил УФ-лампой.
У меня была плавиковая кислота (HF) 40%, нужно было уменьшить концентрацию. Для этого развел её дистиллированной водой 1 к 10. Получилось где-то 4% раствор. В этот раствор поместил пластины на 3 минуты. Незащищенные фоторезистом участки оксида кремния вступили в реакцию и оголили кремний. Далее снимаем фоторезист с помощью раствора средства прочистки труб. Все тщательно моем в дистиллированной воде. Сушим.
В маленький тигель насыпаем борную кислоту и нагреваем до температуры 500-600 С.
H3BO3=HBO2+H2O (температура 100)
4HBO2=H2B4O7+H2O (температура 140)
H2B4O7=2B2O3+H2O (температура 500)
На выходе вода испаряется, а на дне остается оксид бора. Им и будем легировать кремний.
Сверху на тигель кладем кремниевую пластину: оксидным слоем вверх, а кремнием вниз. Помещаем в тигельную печь на 3 минуты при температуре 1000 С. При такой температуре оксид бора начинает испаряться и оседать на кремнии. Кремний заберет себе атомы кислорода, превратившись в оксид кремния, а высвободившийся бор проникнет в пластину и на этом участке пластина станет p-проводимости.
После извлечения пластины даем ей остыть и отправляем в плавиковую кислоту (4%). Она вступает в реакцию с оксидом кремния и на выходе получаем чистую пластину кремния, только с одной стороны у нее n-проводимость, а с другой p-проводимость. То есть диод готов!!!
Теперь дело за малым: убедиться, что это действительно диод. Берем мультиметр, ставим режим прозвонки диодов и на выходе получаем разбег от 900 до 1900 ом. Тут не понятно, или это плохой контакт с поверхностью кристалла, или про легировалось как попало. Точно узнаю - когда соберу установку для вакуумного магнетронного напыления металлов и напылю «пяточки» контактов на кристалл.
Но как всё-таки узнать это точно диод или нет? Собираем схему с источником переменного тока и с светодиодами, включенными встречно-параллельно. Принцип такой: если наш диод окажется диэлектриком, то ни один из светодиодов не загорится, если просто проводником, то будут гореть оба, а если диодом, то при одной полярности будет гореть один светодиод, а при обратной - другой. Проверочный диод тест прошёл на отлично.
В общей сложности было изготовлено 5 рабочих пластин, ну и более 20 ушло в брак. Вот такая вот суровая реальность.
Шутка дня:
продам! Срочно!!! 5 диодов по себестоимости.
Затрачено:
тигельная печь - 19000 руб.
хим реактивы - 2800 руб.
посуда - 700 руб.
пластина кремния - 3500 руб.
Итого: 26000 руб.
И то я еще мелочи не считал :-)
Комментарии (55)
deema35
01.10.2022 20:47+13А как вы подключали контакты к диоду. Ведь на границе метал полупроводник образуется диод Шотки. И чтобы преодолеть это явления необходимо создать область высоко легированного кремния: https://ru.wikipedia.org/wiki/Омический_контакт
PNP80 Автор
02.10.2022 06:38+1Подключение происходит швейными иглами. Эффект конечно возникает, но не стабилен. По крайней мере у меня не получилось сделать такой диод. На проверочной схеме светодиоды живут свой жизнью (то моргают вместе, то по очереди и все это при тусклом свечении светодиодов). А вот после легирования одной стороны бором, и свечение гораздо ярче и горит только один светодиод, так что навряд ли это диод Шотки.
deema35
02.10.2022 09:21+7Но вы же понимаете что диод Шотки образуется у обоих игл. И вы таким образом получаете два диода направленные друг против друга, соответственно они взаимно компенсируются. А вот когда вы легировали одну сторону вы получили разные диоды Шотки один на контакте метал p-полупроводник, а другой метал n-полупроводник.
pavel_raskin
01.10.2022 20:54+11Ждём транзистор!
PNP80 Автор
02.10.2022 06:39+4До него еще далековато, с начала с диоды до ума доведу. Но желание есть.
REPISOT
01.10.2022 21:04+19Берем мультиметр ставим режим прозвонки диодов и на выходе получаем разбег от 900 до 1900 ом.
Этот режим показывает падение напряжения на диоде.
odiemius
01.10.2022 22:23+25Кстати, по себестоимости продать можете: сделайте официальное предлжение минобороны РФ, так как Ваша продукция полностью произведённая на территории РФ, т.е. импортозаммещённая. Да еще и цена подходящая, как раз в стиле цен российских полупроводников.
Serge78rus
01.10.2022 23:34+4Осторожно, можно попасть за мошенничество — почему стоимость оборудования (печки) Вы полностью включили в себестоимость изделия при расчете?
odiemius
03.10.2022 00:47Полную стоимость печки Вы вспомнили? А R&D в себестоимость включать не надо? У автора же не готовое предприятие по производству, а он разработал, по сути, с нуля, зная общий принцип, что это примерно так и так должно работать. Автор еще должен включить в себестоимость стоимость его (автора) обучения и его время: как R&D (стоящее на порядки дороже производственного), так и производственное. Автор не включил в стоимость оценку его Knowhow, которые необходимы для производтства. Автор не заложил затраты на инвестиции для будущего развития продукта. Вообще много чего упущено, много еще можно учесть и добавить, этим обычно занимаются профессиональные сметчики. Я думаю, при составлении предложения минобороне можно всё аккуратно расписать и за мошенничество не привлекут.
И я так понимаю, минусов в карму мне впаяли за упоминание минообороны и стоимость российских полупроводников? Я подозреваю, что это типа табу, такое же как и нелицеприятные высказывания о российских процессорах, о политике, но я буду говорить то, что считаю нужным, а не то, что другим приятно или хочется слышать. Я пытался уже как-то купить что-то из компонентов российского производства, даже элементарные SMD-резисторы стоят совсем заоблачно.Если бы я с такой же легкостью мог делать дома все нужные компоненты то было бы великолепно!
Serge78rus
03.10.2022 11:22-3Если бы я с такой же легкостью мог делать дома все нужные компоненты то было бы великолепно!
Ничего великолепного в автаркии нет. И это на уровне страны, а Вы хотите внедрить это на уровне одного домохозяйства.
Но, похоже, отдельные страны еще и еще раз пытаются в этом убедиться. Сейчас, увы, подопытные в очередном заведомо провальном эксперименте — мы.PNP80 Автор
03.10.2022 16:29Ничего великолепного в автаркии нет. И это на уровне страны
Доказано, например, что к полюсу «открытая экономика» должны тяготеть малые страны — они получают более ощутимые выгоды от внешних связей. Большие же страны с их огромным внутренним рынком тяготеют ближе к полюсу «автаркия».
без комментариев)))
alxndrlsn
01.10.2022 22:51+8Затрачено:
-Тигельная печь: 19 000 руб.
- хим.реактивы: 2 800 руб.
- посуда: 700 руб.
- пластина кремния: 3 500 руб.
Итого: 26 000 руб.
И то я еще мелочи не считал...
А если кроме шуток, то реальная себестоимость, полагаю, а данном случае складывается из части за хим.реактивы + части за пластину кремния + части за "те самые" мелочи. Часть - это 100% деленные на:
..5 рабочих пластин, ну и более 20 ушло в брак..
Итого, гипотетически, как минимум: (2800 руб. + 3500 руб. + пусть 200 руб. на мелочи) * 4% = 1625 руб. за один диод, что всего в 10-20 раз дороже розничной цены, но это нормально, поскольку производство
кустарноештучное. Поздравляю. Серьезно, по-здрав-ля-ю! Здорово, что есть люди, которые могут изготовить своими руками практически все что угодно.
104u
02.10.2022 06:44+3Зависит от характеристик диода, стандартные выпрямительные 1n4007 стоят около рубля штука, что у автора по характеристикам — не знаю
Своими руками это, конечно, хорошо, но по мне так это стоит делать только в случаях, если в магазине продаётся дерьмо, либо совсем не продаётся. Ну либо ради эксперимента, как в этом случае
Regressor
02.10.2022 06:44+3Это шутка такая ? Вы сравниваете обломок кремниевой пластины с готовыми изделиями.
Причем видимо выбрали какие-то недешевые изделия. Чтобы сравнивать цены надо к этой пластине еще сделать пятачки контактов, выводы и корпус ну и розничную цену как мне кажется надо брать по самой низкой планке выпрямительных диодов 10-50 копеек, а не 50-100 рублей.
GrigorGri
02.10.2022 21:001625 за один диод? 6500*0.04=260 или я чего то не понимаю? То есть цена довольно близка в итоге к рознице. Ну при условии что брака не будет.
Fangaro
01.10.2022 22:51+2А как же в 20-х годах 20-го века на коленке делали детекторные приёмники??? Или дело в том, что там был не кремний?
Markscheider
01.10.2022 23:31+1на коленке делали детекторные приёмники
Там были т.н. кристаллические детекторы. Водишь железной иголочкой по блюдцу со свинцом и на слое оксида возникает полупроводниковый эффект. Что-то такое читал в книжке про партизан в детстве, кмк.
VT100
01.10.2022 23:55Тогда были контактные детекторы — два разнородных кристалла или пара кристалл — металл. Например — свинцовый блеск (галенит), пирит или цинкит в паре с медной или стальной проволокой.
http://sergeyhry.narod.ru/rv1925_01_08.htm
sergej_pipets
03.10.2022 00:07Там был не кремний. В инете полно книг до 60-х годов, где описано изготовление кристалла для детектирования.
Astroscope
01.10.2022 22:54+2Первое, что было сделано, так это куплена кремневая пластина n-проводимости.
Ну вот, какой же диод самодельный? :)
Если серьезно, то плюс и за описанное в статье, и за саму статью.
KudryashovDA
01.10.2022 23:02+22Серьезный подход к делу. Такие статьи заряжают энтузиазмом. При этом помним о технике безопасности, и это хорошо бы отразить в статье. Работа с плавиковой кислотой оч опасна, ее пары не видимы, в отличие от солянки, и нет выраженного запаха. Ей не подходит стеклянная посуда, только пластик. Тигельную печь держать только в проветриваемых помещениях - там тоже на стенках может много чего источать пары предыдущих экспериментов.
Контакты к полупроводникам - это целая наука и ноу-хау. Как тут правильно написали, нужна высоколегированная область, тогда можно почти любой металл к ней напылять. Со стороны где была диффузия бора - там скорее всего уже есть такая область. Чтобы не заморачиваться с вакуумным напылением - там можно паяльником индий нанести. Для кремния n-типа все сложнее. Если пластина изначально легирована выше 1e20 то, также индий подойдет - будет локальный туннельний диод. Если 1е16-1е18 то нужно подлегировать, например фосфором из POCl3, но это тоже оч опасно в домашних условиях.
С магнетроном осторожно - там плазма вышибает кремний из решетки кристалла - образуются приповерхностные дефекты и они делают некоторые контактные системы нерабочими. Лучше использовать просто вакуумное термическое напыление.
Про свет тоже уже намекнули - кремний чувствует до 1100-1200 нм. Метрика полупроводниковых приборов тоже целая наука.
Снятие фоторезиста в средстве для прочистки труб - нужно учитывать, что щелочь подтравливает кремний. При комнате это могут быть десятки нанометров в минуту, можно увлечься и случайно стравить область с бором.
checkpoint
01.10.2022 23:36+7А воль-амперная характеристика полученного изделия где ? Может быть у Вас не диод получился, а тиристор или варистор, или хрен знает что. Ну и детекторный приемник не плохо бы продемонстрировать на его основе.
Serge78rus
01.10.2022 23:49+3Чтобы продемонстрировать детекторный приемник надо иметь поблизости ДВ или СВ радиостанцию. Сейчас во многих регионах с этим могут быть проблемы.
checkpoint
02.10.2022 01:06На 7200кГц и 13000кГц полно китайских радиостанций, вливают в эфир мегаватты. В Западной Сибири можно принимать на гвоздь. Так же можно послушать радиолюбительские диапазоны: SSB не принять, но телеграф без особых проблем - главное антенну подлиньше ;)
Serge78rus
02.10.2022 12:23+3На КВ детекторному приемнику, чтобы что-то принять, не хватит избирательности. И мегаватты передатчика тут не помогут именно потому, что "полно китайских радиостанций".
Любительский CW тоже «не слух» принять не получится — внутри точек и тире несущая не модулирована звуковой частотой.
Тогда уж проще попробовать поймать совсем близкую CB-шку, работающую на AM из соседней квартиры.
REPISOT
02.10.2022 09:46+3Для детекторного приемника нужен точечный диод. Вспоминая свой опыт — в те времена во всех книжках был Д9Б или подобный. Диффузионный как у автора не подойдет. Частоту не потянет.
Yak52
02.10.2022 16:59+1Д9 германиевый, открывается при значительно меньшем напряжении чем кремниевый.
Gutt
04.10.2022 11:21Ну и детекторный приемник не плохо бы продемонстрировать на его основе.
Детекторный приёмник на кремниевом диоде -- так себе идея, всё-таки 0,7 В прямого напряжения вместо 0,3 В, придётся или сильно задирать добротность колебательного контура, или вводить смещение. Не говоря уже о конской ёмкости этого диода, которая делает задачу ещё более сложной.
alekl
02.10.2022 06:55+2Впечатляет! А где кремниевая пластинка добывалась?
20 которые в браке - на каком шаге не срасталось?
Светодиоды 307? Т.е. 20 мА ток уже держат стабильно?
Еще бы рискнуть одним (это кощунство с моей стороны) и проверить обратное напряжение?PNP80 Автор
02.10.2022 06:56+1Кремний брал на Али. На счет этапа возникновения брака сложно сказать. Но есть подозрение, что на всех этапах по чуть-чуть. От того на выходе целый букет. Верно, светодиод 307
104u
02.10.2022 14:48+1Риска никакого нет, кремниевые диоды можно безопасно пробивать обратным напряжением, если ограничить ток
REPISOT
02.10.2022 09:56+6Общий вывод.
Статья странная. Вроде бы дело благое — эксперимент. Основы полупроводниковой техники на пальцах. Можно потрогать руками…
Но. Не приведен принцип работы и варианты конструкции диодов. Как их делают в заводских условиях. Какой вариант выбрал автор и почему? Что должно было получиться на каждом этапе и что получилось на самом деле. Как выглядит готовое устройство? Что на самом деле замотано в бутерброд из стирательной резинки? Каковы его параметры (кроме сопротивления, которое вы уже померили @сарказм@)?
И не надо говорить, что все есть в видео. Во-первых, с таким подходом на хабре не место, во-вторых в видео тоже ничего этого нет.Serge78rus
02.10.2022 13:20Что на самом деле замотано в бутерброд из стирательной резинки?
На последней картинке в статье (перед видео) конструкцию «корпуса» вполне можно разглядеть.
kalapanga
02.10.2022 20:15+3Полностью поддерживаю, что впечатление от статьи двоякое. Человек занят чем-то интересным и делится этим с другими — это безусловно хорошо! Но как-то уж всё сделано очень ненаучно что ли, попсово как-то. Много возможностей улучшить как сам эксперимент, так и анализ результатов.
Для информации автору. Подобные опыты проводят в качестве лабораторных работ студенты соответствующих специальностей. Советую поискать методические указания к таким работам. Там можно будет увидеть и более подходящее оборудование и методы контроля результата.
Вполне реализуемо (пусть и с «домашней» точностью) измерение толщины оксидного слоя, глубины легирования, измерение удельного сопротивления легированной области (степень легирования), наверное и ещё что-нибудь.
tormozedison
02.10.2022 10:00Какое обратное напряжение выдерживает такой диод?
А вообще, есть один вид «домашнего» полупроводникового диода с хорошими (для самоделки) характеристиками, который делается без высоких температур, без «химии» (кроме соды). Электролитический выпрямитель.Serge78rus
02.10.2022 12:52Ну если уж от диодов перешли к выпрямителям, то на коленке еще можно попробовать сделать умформер на основе пары подобных «электодвигателей» на общей оси. Возбуждение двигателя оставить электромагнитным для возможности работы на переменном токе, а возбуждение генератора сделать от постоянного магнита.
IRFC
02.10.2022 11:28+12Статья странная. В видео вроде описан процесс, так почему нельзя так же подробно и с достаточным количеством фотографий описать и здесь?) Хабр - не личный блог, соответственно уровень статей здесь ожидается несколько выше среднего.
Ну и по технической части - мультиметр в режиме прозвонки диодов измеряет падение напряжения, а не омы; без нормального контакта это изделие сложно назвать диодом, с тем же успехом можно было бы взять пластинку из цинка, нагреть ее до образования оксида и точно также потыкать иголкой. Или вообще сделать диод (или триод) из свечки, работает же
Kabron287
04.10.2022 11:05Берем мультиметр, ставим режим прозвонки диодов и на выходе получаем разбег от 900 до 1900 ом.
Чушь написана! В режиме прозвонки диодов мультиметр показывает напряжение. Как правило 0-3В
VBDUnit
Напомнило селеновые выпрямители - их можно было руками собирать из пластинок
Hidden text
sim2q
в перчатках только иначе вонять будут (руки)