Предисловие
Очень рад в подробностях рассказать о своей первой интегральной схеме и поделиться перипетиями этого проекта, которым занимался на протяжении прошлого года. Надеюсь, мой успех вдохновит других и поможет начать революцию в производстве домашних микросхем. Когда я приступил к этому проекту, то понятия не имел, во что ввязался, но в итоге узнал больше, чем когда-либо думал, о физике, химии, оптике, электронике и многих других областях.
Кроме того, мои усилия сопровождались лишь самыми положительными отзывами и поддержкой со всего мира. Искренне благодарен всем, кто мне помогал, давал советы и вдохновлял на этот проект. Особенно моим удивительным родителям, которые не только всегда поддерживают и поощряют меня как только могут, но и предоставили рабочее место и смирились с затратами на электроэнергию… Спасибо!
Без дальнейших церемоний представляю первую интегральную схему (ИС), изготовленную литографическим способом в домашних (гаражных) условиях — PMOS-чип двойного дифференциального усилителя Z1.
Я говорю «изготовленную литографическим способом», потому что Джери Эллсуорт изготовила первые транзисторы и логические вентили (с соединениями, тщательно проложенными вручную проводящей эпоксидной смолой) и показала миру, что это возможно. Вдохновленный её работой, я представляю интегральные схемы, созданные масштабируемым, стандартным фотолитографическим процессом. Излишне говорить, что это логический шаг вперёд по сравнению с моим предыдущей работой, где я воспроизвёл полевой транзистор Джери.
Дизайн
Я разработал усилитель Z1, когда искал простой чип для тестирования и настройки своего процесса. Макет сделан в Magic VLSI для процесса PMOS с четырьмя масками (активная/легированная область, подзатворный оксид, контактное окно и верхний металлический слой). У PMOS есть преимущество перед NMOS, если учесть ионные примеси из-за изготовления в гараже. Маски разработаны с соотношением сторон 16:9 для упрощения проекции.
Макет Magic VLSI
Генерация маски
Активная область
Затвор
Контакт
Металл
Размер затвора приблизительно 175 мкм, хотя на чипе для проверки выполнены элементы размером до 2 мкм. Каждая секция усилителя (центральная и правая) содержит три транзистора (два для двухтактной схемы с общим катодным сопротивлением и один в качестве источника тока/нагрузочного резистора), что означает в общей сложности шесть транзисторов на ИС. В левой части резисторы, конденсаторы, диоды и другие тестовые элементы, чтобы изучить характеристики техпроцесса. Каждый узел дифференциальных пар выходит отдельным штифтом на выводной рамке, поэтому его можно изучать, а при необходимости добавить внешнее смещение.
Изготовление
Процесс изготовления состоит из 66 отдельных шагов и занимает примерно 12 часов. Выход достигает 80% для больших элементов, но сильно зависит от количества выпитого кофе в конкретный день. Я также записал видео на YouTube о теории производства микросхем и отдельно об изготовлении МОП-транзисторов.
Кремниевые пластины 50 мм (2") разбиваются на кристаллы 5,08?3,175 мм (площадь около 16 мм?) волоконным лазером Epilog. Такой размер кристалла выбран, чтобы он помещался в 24-контактный DIP-корпус Kyocera.
Пластина N-типа 50 мм
Пластина N-типа 50 мм
Сначала с пластины снимается нативная окись быстрым погружением в разбавленный фтороводород с последующей интенсивной обработкой травильной смесью «пиранья» (смесь серной кислоты и перекиси водорода), смесью RCA 1 (вода, аммиак, перекись водорода), смесью RCA 2 (вода, соляная кислота, перекись водорода) и повторным погружением во фтороводород.
Защитный окисел термически выращивается в водяном паре окружающего воздуха (влажное оксидирование) до толщины 5000?8000 A.
Влажное термическое оксидирование
Влажное термическое оксидирование
Трубчатая печь
Оксидированная пластина
Оксидированная пластина готова к формированию рисунка на активной/легированной (Р-типа) области. Фоторезист AZ4210 вращается примерно на 3000 оборотах в минуту, формируя плёнку толщиной около 3,5 мкм, которая аккуратно подсушивается при 90°С на электроплитке.
Процесс литографии детально
Маску активной зоны обрабатывает мой фотолитографический степпер Mark IV в ультрафиолете с шагом 365 нм — и структура отрабатывается в растворе гидроксида калия.
Структура резиста
Структура резиста
30-минутная подсушка
Травление активной зоны
После этого структура резиста плотно затвердела и применяется несколько других трюков, чтобы обеспечить хорошее сцепление и химическую стойкость во время следующего вытравливания во фтороводороде, который переносит эту структуру на слой подзатворного оксида и открывает окна к голому кремнию для легирования. Эти регионы позже станут истоком и стоком транзистора.
Частицы замыкают затвор
Легированные кристаллы с вытравленными затворами
После этого производится легирование, то есть введение примесей из твёрдого или жидкого источника. В качестве твёрдого источника применяется диск нитрида бора, размещённый поблизости (менее 2 мм) от пластины в трубчатой печи. Как вариант, можно приготовить жидкостный источник из фосфорной или борной кислоты в воде или растворителе — и провести легирование по стандартному процессу преднанесения/погружения во фтороводород/диффундирования/удаления глазури.
Вышеупомянутые шаги формирования рисунка затем повторяются дважды для подзатворного оксида и контактного слоя. Подзатворный оксид должен быть гораздо тоньше (менее ~750 A), чем защитный оксид, поэтому зоны между стоком/истоком вытравливаются — и там выращивается более тонкий оксид. Затем, поскольку вся пластина оксидировалась на шаге легирования, нужно вытравить контактные окна, чтобы установить контакт металлического слоя с легированными зонами истока/стока.
Теперь все транзисторы сформированы и готовы к межсоединениям с выходом на выводную рамку. Защитный слой алюминия (400?500 нм) распыляется или термически выпаривается на пластину. Альтернативой был бы метод взрывной литографии (lift-off process), когда сначала формируется фоторезист, а затем осаждается металл.
Испарённый металл
Испарённый металл
Затем на слое металла формируется рисунок методом фотолитографии и происходит травление в горячей фосфорной кислоте, чтобы завершить изготовление интегральной схемы. Заключительные шаги перед тестированием — это визуальный осмотр и высокотемпературный отжиг алюминия для формирования омических переходов.
Микросхема теперь готова для упаковки и тестирования.
У меня нет установки микросварки (принимаю пожертвования!), поэтому сейчас процесс тестирования ограничен прощупыванием пластины острым пинцетом или использованием платы flip-chip (трудно выровнять) c подключением к характериографу. Дифференциальный усилитель также эмпирически тестируется в цепи для проверки работоспособности.
Кривая IV
Кривая IV
Кривая FET Ids/Vds от с предыдущего устройства NMOS
Конечно, эти кривые далеки от идеальных (в том числе из-за излишнего сопротивления контактов и других подобных факторов), но я ожидаю улучшения характеристик, если раздобуду установку микросварки. Этим могут частично объясняться и некоторые отличия от кристалла к кристаллу. Скоро я добавлю на эту страницу новые кривые IV, характеристики транзистора и дифференциального усилителя.
Комментарии (134)
AlexanderS
03.05.2018 13:25+18Годнота! Сегодня настоящий DIY на GT!
А это точно в гараже всё делалось?))oWart
03.05.2018 14:06+14
engine9
03.05.2018 17:33+9Вредная картинка, потакающее нытиков перенести ответственность за их состояние на обстоятельства.
Игорь Негода, вот в точно таком же не спивается. А вырыл второй этаж и самодельные реактивные двигатели вытачивает реставрирует станки, турбины. И еще делает двадцатикиллограмовые радиоуправляемые модели. Да успевает все эксперименты отснять, смонтировать и на ютуб залить. Канал — услада для технофетишиста.
Картинка
Impuls
04.05.2018 08:46Вы забыли упомянуть что сейчас он собирается вкорячить турбореактивный движок на бэху. Буквально вчера видос новый вышел
Fandir
04.05.2018 09:52Ну у нас и в гаражах справа умельцы реактивные движки собирают… Так что не все так однозначно.
CorneliusAgrippa
03.05.2018 13:29+2Вау, круто! Если нужна помощь с каими-нибудь операциями — обращайтесь (правда, мы работаем на 100 мм пластинах, и у нас нет легирования).
fapsi
03.05.2018 14:53+2Это перевод.
CorneliusAgrippa
03.05.2018 15:24+4А, я не обратил внимания :-( Думал, это у нас сделано.
AlexanderS
03.05.2018 20:53+2Да какая разница — всё равно же круто! Много ли у нас тут подобных реально низкоуровневых хардварных переводов публикуется? Десять лет назад хабр был поболее железячнее, чем сейчас. И у нас тоже есть, народ делает, только не всё до паблика доползает. Вон, s0ko1ok на коленке ДНК секвенирует ;)
Я вот ведущий разработчик, стаж с ПЛИСами 10 лет, вроде в чём-то разбираюсь, как-то и докуда-то вырос. И с железяками копаюсь, и программю их и немного в IT пытаюсь дёргаться, но… вот почитаешь такие статьи и понимаешь, что нихрена ты не умеешь на самом деле и есть куча всего более интересного. Я тут в относительно свободное время всякой фигнёй занимаюсь, бумагу мараю своей графоманией, а люди микросхемы изготавливают! )))Fandir
04.05.2018 09:54Ну вообще странно у меня в универе был курсач по проектированию тонкопленочной или толстопленочной ИС… До производства конечно не дошло, но спроектировать нечто подобное перпод заставил… Причем, сюрприз, специальность не прям уж такая железная. Тут вообщем весь вопрос откуда оборудование и сколько стоило, спроектировать, как мне кажется для более-менее адекватного специалиста проблем то нет.
AlexanderS
04.05.2018 10:21У нас были курсы по полупроводам, это логично, так как я железячник (кто ж знал, что в будущем я плотно осяду ПЛИСы программить). Но это было не узкопрофильное (хотя лабы всякие да, были), поэтому на курсачах мы проектировали уже более высокоуровневую электронику из того, что проектировали на курсачах вы ;)
Fandir
04.05.2018 10:25Ну из 155 серии тоже собирали всякие счетчики на таких стендах
urbanknight
04.05.2018 12:29Идижты! А это что? А есть что про это почитать?
Mike_soft
04.05.2018 12:48+1Подобные стенды делали чуть не в каждом ВУЗе. обычно студенты на второй практике. Или студенты на ставке лаборанта. В те времена эмуляция на компутере была редкостью. да и пощщупать сигналы «живьем» (осциллографом) — тоже полезный навык.
Fandir
04.05.2018 13:02Ну это вполне промышленная вещь, хотя судя по схемотехнике делали её студенты… Ни одного резистора для защиты от КЗ в нем нет.
Mike_soft
04.05.2018 13:15я уж хотел удивиться вашему нижнему комментарию -типа, «у этой штуки есть имя собственное?». Ну, вполне может быть, что кто-нибудь клепал такое в полупромышленных масштабов. у нас в конце 80-х аналогичные стенды были сделаны руками студентов, тоже (насколько помню) без защиты. только исполнение было другое — панель из оргстекла, под ней ватман с изображениями.
да, помню еще внутри панельки самодельные для микросхем, сделанные из разъемов каких-то.
urbanknight
04.05.2018 16:07"Чуть не в каждом", да видать не в моем ПТУ.
Я когда учился, очень много пар было по АСУ и электрооборудованию. Вел один человек и очень важное и полезное рассказывал. Но только то, что это полезное я понял спустя несколько лет после выпуска, а пока учился — в основном прогуливал.
Всe держу в голове идею сделать для него вот такой стенд.
Fandir
04.05.2018 12:56Стенд УМ-11 на самом деле фигня ещё та… Студенты спокойно сжигают до половины компонентов за семестр, т.к. защиты в нем ни какой нет… Мы на кафедре потихоньку от них отказываемся… Единственный плюс, можно показывать гонки сигналов почти на любом осциллографе… Читать про нее особо нечего… Каждый блок из 8 входов это одна микросхема 155 серии… Соединяется проводами… Я подумываю их передалать на одну ПЛИС Altera… Но смысла в этом уже, наверное нет… Т.к. мы переходим на платы Terasic DE-1
old_gamer
03.05.2018 13:44+9Вспомнился BarsMonster
Гиктаймз торт.Mike_soft
03.05.2018 13:59+1я на него подумал в первую очередь.
Радует, что он не один такой!
автору — ура!
Gryphon88
03.05.2018 16:12+1Жаль, что он не закончил.
Поясните по текущей статье, если не сложно:
— Пластины автор покупал? BarsMonster вроде хотел делать сам, про печку с изоляцией из базальтового волокна я помню
— Сколько получился выход? Процент брака «в гараже» по идее должен улететь за 90%.hardegor
03.05.2018 17:10+1Несомненно покупал, потому что чтобы самому делать пластины с подходящим качеством(минимальным количеством дефектов), вначале надо буквально вырастить кристалл кремния длиной от полметра — чистые материалы, сложно, долго(десятки дней) и много электричества. А потом правильно распилить на пластинки.
Karlson_rwa
04.05.2018 13:06Цилиндры диаметром примерно 2см и длиной примерно до 5-7см можно за день вырастить. Но не на установке Чохральского, а методом зонной плавки. Правда, да, установка тоже не из простых.
Главное — затравочный кристалл. Сырье для плавки можно достать.
Качество, кстати, отличное получалось, если правильно растить и правильно охлаждать.qbertych
04.05.2018 13:22Как качество проверяли?
Плюс есть большие сомнения, что следующий шаг — нарезка на подложки — выполним в домашних условиях. Истории про качество подложек некоторых китайских поставщиков уже мемом стали. Это при том, что у них не гараж, а какое-никакое производство.Karlson_rwa
04.05.2018 13:27Та установка, для которой я делал софт, как раз была предназначена для выращивания монокристаллов с целью оценки чистоты кремниевого сырья. Сам я непосредственно кристаллами не занимался, это делал заказчик.
А на других установках руководитель лабы чего только не выращивал. Распиливал потом на пластинки на обычном алмазном круге и после полировал. Насколько помню, кому-то он даже на заказ что-то такое периодически растил, резал и полировал. Жаль, человек он слишком сложный. После года работы с ним я не выдержал и ушел.
hardegor
04.05.2018 15:35Вырастить-то можно, самое интересное — как и чем проверить качество выращенного кристалла в гараже…
Karlson_rwa
04.05.2018 15:46Ну… с таким оборудованием, как у героя статьи, можно и до рентгеновского дифрактометра добраться.
pesp
03.05.2018 13:54Зная весь процесс создания микросхем восхищен работой автора. Это действительно достойно восхищения!!!
DrPass
03.05.2018 14:34+8Действительно круто, но справедливости ради, не уверен, можно ли называть «гаражными условиями» производство в гараже, в котором есть 50-ваттный лазерный резак, фотолитографический степпер и прочие дорогие промышленные ништяки.
jrthwk
03.05.2018 14:43+1Можно. Там это оборудование спустилось до уровня когда вполне реально встретить его в гараже.
Компьютеры тожде когда-то были большими…
SovietTwins
03.05.2018 23:26В принципе можно всё это оборудование изготовить. Как минимум степпер у него состоит из проектора и линз от микроскопа. Можно использовать как базу СССРовский Биолам 70 с добавлением призмы и переделкой объективов. Касаемо лазера — сейчас собрать его не сможет только ленивый. Всё компоненты в продаже. С ебея заказывать — можно и значительно мощнее лазер собрать. Самое дорогое что выйдет это гальванометрический сканнатор. Хотя и его люди на Ардуину мега вяжут. Более того, у человека волоконник и раскроечный стол. Без сканнатора. Как СО2 лазер. Там вообще стоит коллиматор и Ф-тета линза с малой дистанцией изменения фокусировки. Очень простая конструкция. Касаемо печи — собирается за 2 дня своими руками. Так-то да. Гаражное производство. Я апплодирую стоя этому гику. Пример для подражания.
Gryphon88
03.05.2018 23:39Насиловать биохлам и переделывать объективы — это занятие для сильных духом. Когда мне пришлось этим заниматься, несмотря на опыт и прямые руки, ушла неделя и две переделки.
Лучше взять старенький олимпус, BX41 или 53, привычные рабочие лошадки морфологических лабораторий, и заменить там лампу проходящего света или эпиосвещения. Так будет минимальная переделка, максимум одна дополнительная линза, чтобы от проектора схему освещения по Кёллеру получить. И станину почти трогать не надо будет.SovietTwins
04.05.2018 02:06Полностью согласен. Только вот достать этот же олимпус намного дороже и сложнее. Как вариант — ПМТ-3 микротвердомер. Но с проекцией придётся повозиться...
Gryphon88
04.05.2018 10:09На том же ебее в зависимости от качества и комплектации BX53 — примерно до 5 килоевро, работающий после доводки напильником — полторы. По сравнению с тем, что уже есть у этого блогера — немного. За ПМТ я в своё время долго бегал, чтобы просто взять попользоваться: их в основном или уже посписывали, или активно используют.
ARD8S
03.05.2018 14:37+2Со фтороводородом нужно быть очень осторожным. Особенно в гараже. Вывесили бы предупреждение на всякий случай.
Biga
03.05.2018 18:24+1А что с ним не так? Вроде обычная кислота, хоть и сильная. В посте написано, что использовалась разбавленная.
jar_ohty
03.05.2018 19:15+2- Самая зловредная кислота по действию на кожу. Если соляная, серная или азотная кислоты любой концентрации (исключая олеум и красную азотку) попадет на кожу, то у пострадавшего есть достаточно времени для того, чтобы неспешно дойти до раковины и смыть кислоту, и никаких последствий не будет, кроме, возможно, шелушения кожи, зуда и (от азотной кислоты) желтого пятна. Плавиковка даже после секундного действия на кожу приводит к тяжелым и крайне болезненным ожогам.
- Токсичность фторид-иона очень велика. Облив руку плавиковкой, можно начинать писать завещание и прощаться с родственниками — не спасут.
qbertych
03.05.2018 20:36+1Плюс дичайше связывает кальций в организме (привет костям и нервной системе). И плохо вымывается из кровотока.
По-хорошему там, где с ней работают, под рукой должна быть жидкость с высокой концентрацией кальция, которая кислоту хорошо связывает. А если не успели, то самый эффективный способ выведения из организма — внутриартериальные (!) инъекции кальция.
Поэтому и меры предосторожности другие — толстые перчатки до плечей, фартуки, маски на все лицо и так далее.el_gato
04.05.2018 22:31+1Да, работал как-то на производстве фотовольтаиков, у нас все стены были обвешаны бутылками с кальциевыми растворами и упаковками шипучих кальциевых таблеток.
Там с этой кислотой еще фишка в том, что ожоги появляются уже тогда когда поздно пить боржоми, а сперва она просто тихонечко впитывается через кожу.
DIHALT
03.05.2018 21:56Помню в юном технике за 65й чтоль год. В советах домашнему мастеру рекомендовалась плавиковая кислота для получения матовых стёкол в домашних условиях. Журнал для пионеров…
qbertych
03.05.2018 23:35Еще была брошюрка «Лаборатория юного физика» с фееричнейшей материальной базой. Особенно запомнились статор двигателя из консервной жести (бедные пионерские пальцы!), линза -20 из аптеки (с очаровательным комментарием «если такой случайно не окажется»), и крышка для бутылки из куска янтаря.
sim2q
04.05.2018 02:21во время перестройки был ТВ сюжет про один из первых кооперативов в котором делали гламурные подносы из старых кинескопов путём травления…
uz-spark
03.05.2018 19:21Из википедии :
Плавиковая кислота ядовита. Обладает слабым наркотическим действием. Возможны острые и хронические отравления с изменением крови и кроветворных органов, органов пищеварительной системы, отёк лёгких.
Обладает выраженным эффектом при вдыхании, раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки глаз (вызывает болезненные ожоги и изъязвления); кожно-резорбтивным, эмбриотропным, мутагенным и кумулятивным действием. Ей присвоен второй класс опасности для окружающей среды; чистый фтороводород также принадлежит ко второму классу опасности.
При попадании на кожу в первый момент не вызывает сильной боли, легко и незаметно всасывается, но через короткое время вызывает отёк, боль, химический ожог и общетоксическое действие. Симптомы от воздействия слабо концентрированных растворов могут появиться через сутки и даже более после попадания их на кожу.
При попадании в кровь через кожу связывает кальций крови и может вызвать нарушение сердечной деятельности. Ожоги площадью более чем 160 см2 опасны возможными системными токсическими проявлениями.
Токсичность плавиковой кислоты и её растворимых солей предположительно объясняется способностью свободных ионов фтора связывать биологически важные ионы кальция и магния в нерастворимые соли (отравление фторидами). Поэтому для лечения последствий воздействия плавиковой кислоты часто используют глюконат кальция, как источник ионов Ca2+. Пострадавшие участки при ожогах плавиковой кислотой промываются водой и обрабатываются 2,5 % гелем глюконата кальция. Тем не менее, поскольку кислота проникает сквозь кожу, простого промывания недостаточно и необходимо обращение к врачу для проведения лечения. Высокую эффективность показали внутриартериальные инфузии хлорида кальция.
serafims
03.05.2018 15:46+3Думаю, скоро появятся сервисы, аналогичные тем, что сейчас печатные платы изготавливают по герберам, в которые можно будет загрузить что-то типа проекта ПО по конструированию таких чипов, и получить уникальную микросхему под свои задачи в маленьком тираже.
Накидал блоков типа расширителя портов, усилителей, памяти, ядро какого-нибудь МК — и вперед, очередные смарт-часы готовы, только теперь еще меньше корпусов…amartology
03.05.2018 16:06+1Современные микросхемы так и проектируются)
Вопрос в том, что софт для проектирования довольно дорогой, и в том, что себестоимость производства довольно велика. Но именно с производством нескольких десятков чипов по готовой топологии вполне реально уложиться буквально в несколько тысяч евро.
tyomitch
03.05.2018 16:11Для маленького тиража не выгоднее ли взять FPGA?
amartology
04.05.2018 08:46Ну напишите на Verilog сдвоенный операционный усилитель)
nerudo
04.05.2018 10:40verilog-ams?
PS Я не настоящий сварщик, если что ;)Fandir
04.05.2018 10:44ПЛИСов с аналоговыми компонентами не так много, если мне память не изменяет когда-то давно были эксперименты в этой области, но сейчас ничего такого уже нет.
amartology
04.05.2018 11:18+1Дальше второй шаг: залейте усилитель, написанный на Verilog-AMS, в ПЛИС)
eugenk
04.05.2018 22:03Только если будет доведена до ума и массового использования электронно-лучевая литография. При нынешних технологиях абсолютно исключено.
Londoner
03.05.2018 15:57-1А когда уже появятся опенсорсные процессоры?
amartology
03.05.2018 16:04+7Так их полно уже много лет как.
Londoner
03.05.2018 16:09-2Ну и где я тогда могу купить работающий опенсорсный аналог ну хотя бы четвёртого пентиума?
Gryphon88
03.05.2018 16:20+1Обратитесь в проекты OpenSpark или лучше RISC-V, в кремнии разработки существуют и даже вроде можно купить. Ну или найдите подходящий в упомянутых, иных, или на opencores — и обратитесь к CorneliusAgrippa
amartology
04.05.2018 08:54Совсем немного надо погуглить, чтобы выяснить, где. А ещё они внутри новых карт NVidia стоят. А ещё можно зайти на Opencores и примерно каждый второй проект оттуда залить в FPGA.
DrAndyHunter
03.05.2018 17:41+2Ну почему у нас никто такое не делает? Я вначале думал заняться производством микросхем, так сказать частную мануфактуру открыть. Но когда почитал, сколько нужно денег только лишь на лицензии софта, то решил вернуться с небес. А тут в другой стране прямо в гараже микросхемы изготовляют.
CorneliusAgrippa
03.05.2018 17:45+1А Вы начните производство МЭМСов :-)
antonksa
03.05.2018 23:20-1Ввоз и производство «поплавков» в Анклаве Москва запрещены под угрозой пожизненного заключения в Африке.
Mike_soft
04.05.2018 10:36тут уже завод цельный по производству МЭМСов построили...https://geektimes.com/post/299839/
Malignus
03.05.2018 19:21-1Менталитет не тот. Пережитки совка(в плохом смысле, было там много хорошего). Общество слишком медленно меняется.
BlessYourHeart
04.05.2018 07:21Потому, что, как минимум, часть "ингредиентов" процесса вы не сможете никогда купить в России.
amartology
04.05.2018 09:01Вы учитывайте, что эти гаражные развлечения от производства микросхем далеки так же, как трёхколёсный велосипеде от Феррари. Ну и как видите, никакой дорогой софт автору статьи не потребовался. Да и в принципе для проектирования на старых проектных нормах (350 и 180 например, вполне коммерчески успешных до сих пор) маршрут при некотором усердии собирается из открытых или совсем дешёвых тулов.
Fandir
04.05.2018 10:14В данной статье софт нисколько не стоит, да и проблема не в софте его как раз достать реально… Проблема в оборудование вот его вам никто не продаст… Это я не про то, что в данной статье, а про что-то более менее реальное.
8street
03.05.2018 18:38Мечтаю о таком литографическом принтере, для масс. Все в одном. Чтобы в редакторе накидать каких нужно транзисторов из библиотеки, причем вольтаж и токи тоже выбираются, сколько позволят размеры принтера и пластины. При этом, чтобы можно было создавать свои элементы или редактировать существующие библиотечные.
Gryphon88
03.05.2018 18:42+2Сколько пользователей у него будет? Очень многие люди не могут фрезер с простеньким CAD освоить.
8street
03.05.2018 19:32+1Не могут или не хотят? Человек очень многое может.
У фрезеров действительно есть заморочки, поскольку нет единого стандарта, например как в изготовлении плат — формат гербер.
А по поводу литографического принтера для масс. По аналогии с 3d принтером, раньше он казался фантастикой, а сейчас пожалуйста на каждом углу. Ну и софт, конечно, должен быть дружественный, чтобы можно было имея перед собой лишь схему из десятка — сотни транзисторов и некоторое понятие как она работает повторить ее в кремнии.Gryphon88
03.05.2018 21:46+1Не хотят, потому что им это не надо. И 3D-принтеры стоят у немногих энтузиастов, ну и в фирмах, зарабатывающих печатью, по той же причине — ну не нужны пластиковые детали сложной формы с какой-либо регулярностью.
То же будет с разработкой своих микросхем. Многие любители разводят платы в 2-4 слоя, больше или не надо, или сложнее. И нужен ли такой литографический принтер конторам — разработчикам электроники — большой вопрос. Даже богатые и тяжело больные NIH-синдромом Эппл и Майкрософт в свои железки серийную рассыпуху ставят. Остальным, более скромным, проще подобрать по параметрам и подождать недельку, чем черт знает сколько разрабатывать, а потом сутки делать, и неделю отлаживать и проверять по допускам, а потом месяц сертифицировать для применения. С учетом амортизации, расходников и дополнительной компетенции работника ещё и дешевле выйдет.
amartology
04.05.2018 09:04Очень много, только это будут, разумеется, небольшие производственные компании, а не энтузиасты-самоучки. То есть, в идеале, это будут стартапы этих энтузиастов.
Gryphon88
04.05.2018 10:031. Для команды профессионалов степпер как у автора уже подъёмен, верхняя оценка цены — десять килобаксов.
2. Вот скажите, какой комплектухи лично Вам не хватает и почему, чтоб попробовать сделать её микросхемой?amartology
04.05.2018 11:21+1Я профессионально занимаюсь как раз разработкой микросхем, так что мне из комплектухи обычно не хватает специфических опций техпроцесса)
Gryphon88
04.05.2018 12:34Не буду задавать уточняющих вопросов, поскольку не пойму ответов :)
amartology
04.05.2018 15:29Да ладно, я умею объяснять свою работу человеческим языком.
Gryphon88
04.05.2018 15:58Тогда поясните, пожалуйста: каких опций техпроцесса не хватает, и почему?
Разработка микросхем, как по мне, вещь очень сложная, и профильное образование с практикой практически обязательно, и поэтому повышение доступности узкоспециального профессионального инструмента до уровня «в каждый дом» мне не очевидно.amartology
04.05.2018 16:40Например, обычно очень не хватает конденсаторов с высокой удельной емкостью, при этом не зависящей от приложенного напряжения. Или резисторов с маленьким температурным коэффициентом, или с температурным коэффициентом определенного знака. Эти опции нужны для создания аналоговых схем, работающих в широком температурном диапазоне.
Или, например, очень хорошо бывает иметь возможность интегрировать на кристалл однократно программируемую память, antifuse или flash — а она тоже есть далеко не всегда.
Или может не быть третьего кармана для лучшей шумоизоляции аналоговой, цифровой и силовой частей системы на кристалле.
qbertych
04.05.2018 23:37Тогда очень простой, но давно сидящий в голове вопрос. Во сколько «слоев» уложены транзисторы в ширпотребной цифровой микросхеме (скажем, среднего микроконтроллера)?
С одной стороны, как говорят, для производства одной микросхемы вроде бы нужно несколько десятков масок (что, казалось бы, слишком много для одного слоя). С другой, слой транзисторов (с оксидами и металлом) явно нельзя зарастить сверху чистым кремнием. Поэтому непонятно, зачем нужно такое количество масок (в голову приходят разве что «матрешки» из n-канальных транзисторов в p-карманах на n-подложке).amartology
05.05.2018 00:26+1Транзисторы в один слой лежат, зато металлов в среднем микроконтроллеое штук шесть, а в ПЛИС и двадцать может быть.
Транзисторы нельзя сделать в несколько слоёв, в таких случаях несколько готовых чипов друг поверх друга собирают.
Типичный набор масок на старых нормах (без многократного экспонирования), чтобы сделать КМОП + пару металлов — штук 12-13.qbertych
05.05.2018 01:10Понятно, спасибо! А можете пример привести, когда не обойтись без нескольких чипов друг на друге?
amartology
05.05.2018 10:53+1Совсем обойтись почти всегда можно. Но есть много применений, когда 3D-сборка делает конечное изделие дешевле и проще в разработке. Основные варианты такие:
1) Когда надо слишком много всего. Во многих процессорах кэши верхнего уровня — это отдельные кристаллы, лежащие в корпусе поверх собственно процессора. Это позволяет сохранить разумное время доступа и упаковать всю конструкцию в корпус приемлемого размера.
2) Когда у вас система с очень разнородными компонентами, которые сложно/дорого. Типовой пример — АЦП от Analog Devices, где внутри корпуса отдельные чипы АЦП (65-90 нм), источника опорного напряжения (180-600 нм) линейного регулятора (600+ нм, расширенный диапазон напряжения), плюс пассивные компоненты (которые на кристалле неточные и маленькие). Или ещё более наглядный пример — интеграция в корпус мощного полупроводникового лазера и его контроллера, где второй чип кремниевый, а первый — нет.
3) Чем больше площадь чипа, тем меньше выход годных. Поэтому при очень раннем переходе на самые новые, ещё не отлаженные проектные нормы гораздо дешевле сделать несколько маленьких чипов, чем один большой. Так, например, устроены почти все ПЛИС Xilinx.
amartology
04.05.2018 09:03Уже есть опытные образцы, разрабатывается в Японии, называется Minimal Fab. Сейчас они что-то около 500 нм умеют, обещают ужаться в ближайшую пару лет.
tormozedison
03.05.2018 20:47-1Нереально круто, нереально. Переплюнуть Эллсуорт дано не каждому, таких людей единицы.
qbertych
03.05.2018 23:54Пара вопросов к специалистам (CorneliusAgrippa, BarsMonster):
1. Автор удаляет нативный оксид в четырех разных жидкостях. Это реально критично для кремния? (По опыту арсениду галлия хватает одной HF.)
2. Почему поверхность не окисляется во время легирования? Температура там большая.
3. Spin-coating без чистой комнаты — это вообще реально? ;)BarsMonster
04.05.2018 00:26+1- Нет. Остальные 3 — это классический процесс очистки пластин от грязи.
- Окисляется, лишний окисел приходится травить, там где он не нужен.
- Конечно, вопрос в выходе годных и размере фич. Когда фичи 175мкм, 5мкм пыль не является главной проблемой.
qbertych
04.05.2018 01:11Понятно, спасибо.
Еще про окисление: наверняка легирование можно проводить и в инертной атмосфере?BarsMonster
04.05.2018 01:19+1Можно, но даже в 99.99% аргоне остающихся 0.01% кислорода хватит, чтобы 5-10нм окисла выросло...
CorneliusAgrippa
04.05.2018 10:023. Кроме того, если сильно хочется, можно в центрифугу подавать воздух через HEPA-фильтр.
tronix286
04.05.2018 08:19То есть гараж есть, химия адовая тоже есть, оборудование на пару лямов то же есть, а диф усилителя за три копейки не нашлось.
Kapeks
04.05.2018 09:44Почитал сайт этого юного «гения». Не верю. Не бывает таких чудес. 17-и летний пацан не сможет самостоятельно сделать «в гараже» микросхему.
Для начала, вы посмотрите, что у него за гараж: сканирующий электронный микроскоп, установка термического напыления, установка плазменного травления, литографический стэппер, масс-спектрометр! Даже если всё это куплено б/у на ибэе, это всё нужно восстанавливать много лет. Нужен опыт, нужно знать, что там куда подключать, как оно устроено внутри, принцип работы, как чинить и что менять. Это всё не для школьника. Будь ты хоть трижды гений, банально нужно время, что бы изучить всё это. И на это уйдут годы.
Проект изготовления микросхемы он начинал якобы 1.5 года назад. Ага, в 15.5 лет. Как же! Пацаны, я не сомневаюсь, что всё это можно проделать, на територии какого то типа гаража, но на это уйдут годы. Многие годы. И это если заниматься проектом будет не школьник 17 лет, а профессиональный физик с опытом, а то и группа профессионалов. А он типа в одиночку на коленке сварганил.
Лаба простого американского школьника (в гараже):
Ну как может школьник собрать такую установку?
«Самодельная» вакуумная камера:
Ну и вопрос финансирования остался открытым. Там на фотках одна вакуумная камера с обвязкой стоит много тысяч долларов. Остальное оборудование тоже стоит тысячи и тысячи usd. Даже б/у с ибея, всё равно тысячи.
Думаю, это чей то рекламный проект. То есть лабу в гараже собрали профессионалы. Ну и пиарят типа юного гения. Зачем, я не знаю. Понимаю, что для кого то этот коммент будет неприятен, типа так всё было красиво, а я мечту разбил. Но жизнь сурова. И если что, я сам физик (спец. конд. сост.) и понимаю, сколько знаний, усилий и времени нужно, что собрать такую лабораторию и отработать тех.процесс до выхода годной микросхемы. Короче, пацаны, не ведитесь. Тут ситуация, как у топовых блогеров из топ-10: там не блоггер пишет, а коллектив профессионалов работает, они пишут статьи и продвигают блог, фактически целая журнальная редакция. Так и тут: за этой лабой в гараже и микросхемой стоит коллектив профессионалов, которые всё это и сделали.
Успехов.ToSHiC
04.05.2018 10:34Если бы у вас был увлечённый всем этим 15-летний сын, вы бы с ним смогли всё это собрать, правда ведь? Вот и он пишет:
Особенно моим удивительным родителям, которые не только всегда поддерживают и поощряют меня как только могут, но и предоставили рабочее место и смирились с затратами на электроэнергию… Спасибо!
Fandir
04.05.2018 10:37Да затраты на электроэнергию там не такие уж и большие на фоне всего остального… Цена одного лишь мультиметра на этом фото покроет расходые этой "гаражной" лаборатории на год.
balamutang
04.05.2018 12:29люди разные бывают, случается что и у обеспеченных людей дети гиками рождаются, так что почему нет, особенно если родители и сами увлечены.
более того они могли бы оплатить ему занятия с наставником
к тому же этот возраст жадный к знаниям и многие хакеры начинали и начинают свои карьеры в этом возрасте, благо из оборудования для этого требуется лишь обычный комп.Kapeks
04.05.2018 12:49+1Наставник — это фактически и есть тот профессионал, который будет всё делать. А пацан будет лишь отвёртки подносить. И думаю, для такого объёма работы нужно 2-3 спеца, а не один. И если всё это так, то не нужно говорить, что микросхему сделал школьник.
EDA
04.05.2018 14:33«My family owns Diversatech, a precision sheet metal shop located in Pennington, New Jersey.»
Если его семья в инженерном бизнесе, Сэм мог с железками возиться с детства. Но, как Вы и сказали, даже «из вторых рук» оборудование как у него в гараже стоит дорого, в районе $100 тысяч как минимум. Но это даже не главное. Всё это оборудование надо установить, подключить и откалибрировать. На это могут уйти годы, если человек делает это один. Скорее всего, это семейное — папа с коллегами по фирме собрал лабораторию, а сын пользуется и раскручивает свой бренд. Статья «17-ти летний студент сделал микросхему сам» звучит лучше, чем «60-ти летний инженер с сыном сделал микросхему».
Но всё равно — молодцы! Будь у меня лишний миллион, такое хобби было бы мне по душе :)
Kapeks
04.05.2018 11:47Вот кстати, на ибее продаётся SEM JSM-6301, почти как у этого пацана. За 15 тыщ. у.е. Ну и потом его год восстанавливать придётся и еще столько же бабок в него влить. Счета за электричество — это копейки…
Fandir
04.05.2018 11:51На фото кстати многие серийные номера затерты) Может папа приворовывает откуда-то… Для особо одаренных это сарказм.
Gryphon88
04.05.2018 12:33+1Кстати, вариант. В США оборудование принадлежит не университету, а лаборатории, и когда лабораторию закрывают, оборудование частично распродают, а частично уносят на новое место работы. С другой стороны, электронный микроскоп весит хорошо за полтонны, такой так просто не унесёшь.
GarryC
04.05.2018 18:04Кстати, как идея — 3Д принтер для микросхем по толсто-пленочной технологии — наносим и запекаем до готовности, почему бы и нет?
eugenk
04.05.2018 22:06Невероятно круто! Просто нет слов чтобы выразить свое восхищение! Отдельное огромное спасибо публикатору. Я немного себе представляю технологию.
alena731
а что такие не продавались? или можно было поискать замену.
neochapay
Представь… ты на необитаемом острове…
А вообще это JFF в истинном его лице…
Serge78rus
neochapay
Тут была просто статья про то «представь ты на необитаемом острове и тебе надо прошить микросхему»
Ocelot
Ну вот, а это просто следующий уровень. Прежде чем прошить, микросхему нужно сделать.
nehrung
Не только на необитаемом острове. Прочитав кучу НФ в жанре постапокалипсиса, я принял к сведению, что возродить цивилизацию после всеобщей катастрофы будет очень трудно, но можно — благодаря вот таким умельцам. Они будут много дороже золота. А вероятность ситуации, описанной в тех романах, всё-таки не нулевая.
Razoomnick
После всеобщей катастрофы появятся новые популярные воображаемые друзья, а таких умельцев первыми на костре сожгут. К сожалению.
Nikobraz
Нет, если вовремя успеть сделать технологический прорыв и уменьшать поголовье последователей воображаемых друзей.
balamutang
не сожгут, все же человечество не сразу отупеет.
деградация растянется, умельцы умрут своей смертью, также за годы сгниет оборудование и гараж, а нового не появится, тк найти достойных учеников в разрушенном мире будет крайне сложно, коммуникации будут не те да и жизненные приоритеты другие.
а вот уже через сотню лет появятся последователи воображаемых друзей, которые будут поклонятся тем кто умеет управляться с останками цивилизации (вроде жрецов в древнем Египте, которые умели и в мумификацию и в стоматологию и в прочие астрономии).
Nikobraz
Тоже пришел к таким мыслям, и имхо надо собирать данные и разрабатывать такие методики, которые позволят создавать технологии из говна и палок.
При колонизации космоса в будущем пригодится или при глобальных катаклизмах.
trapwalker
Причем работа в этом направлении найдётся ля любого увлеченного концепцией специалиста от воспитателя в детском саду до физика теоретика.
И нет, речь не о пустой паранойе на случай единственного сценария из недавно прочитанной книжки.
Кстати, о децентрализации. Жирная тема для дипломов технических вузов сейчас, как считаете?
immaculate
После катастрофы возродить технологическую цивилизацию вряд ли получится. Все легкодоступные ресурсы с поверхности (и не только с поверхности) давно извлечены. После катастрофы не будет не только знаний, но и энергии, и инструментов, чтобы добывать минеральные ресурсы и энергию из тех мест, где они остались.
nehrung
Зато останется куча металлолома, а также артефакты, дающие подсказку, в какую сторону грести (и зачастую могущие быть использованными напрямую). Люди, знающие, «что это такое», тоже будут ценными специалистами.
immaculate
Металлолом будет, но не будет энергии, чтобы его переплавить во что-то новое. Уголь сейчас находится слишком глубоко даже для современной техники и методов добычи, нефть практически тоже.
В принципе, если будет перезагрузка цивилизации, то может быть в каком-то смысле даже хорошо, что им придется искать другой способ развития, вместо того, чтобы как сейчас работать на свалку (одноразовые моментально устаревающие вещи, многие из которых имеют мнимую раздутую ценность, например, статусные вещи).