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之前差評君給大夥說過一個油管博主，路邊撿塊手頭就搓出 CPU 。UP主撿塊石頭搓出個CPU？恕我直言，人類做不到。
當時這哥們也就搓出個工藝品，壓根談不上實用性，甚至都 「 點不亮 」 。
其實點不亮也正常，造晶片是奈米級別的雕刻藝術， 這活可以說是人類技術進階的巔峰。
制造晶片的每一個步驟都要求做到極致，比如矽晶圓提純。好比是你要在頭髮上寫幾百萬個字，而且絕不能寫錯一個字。
再比如光刻機裡面那個反光的鏡子，用 ASML 的話說， 這是宇宙中最平滑的人造結構。
有多平？如果這塊鏡子有地球那麼大，那它不屈的地方也就一根頭髮絲的厚度。
再加上那些動輒幾十億的實驗室，即便是在如此嚴苛的環境下，依然還會出現良品率不高，壞片的幾率。
BUT….
一個 22 歲的小夥，在自己家車庫裡純手工搓出了一枚晶片，而且還能用。我懷疑這哥們家裡有一個鋼鐵人同款的 「 賈維斯 」 。
但話說回來，晶片這麼高精尖的玩意，為什麼總有人能在家搓出來？
其實晶片制造原理並不龐雜，難點在於 能造出足夠小、能規模化且良品率極高的晶片。
晶片中「 電路 」的工作原理，咱小時候上自然課就學了，用導線一頭連接電池，另一頭連接燈泡，導線中間再接個開關，開關一閉合燈就亮了。
只是我們要把上面這套用導線連接的東西，縮小成奈米級。
經過不斷嘗試，科學家發現了半導體矽，它可以通過添加適當的摻雜劑來精準控制矽晶片的電阻率，說白了它可以當傳統電路的 「 導線 」 。
那個絕緣而且對光敏感的光刻膠，就成了傳統電路的 「 開關 」 。有了能導電能斷電的家夥，就有了傳統的電路。
把這樣的導線開關布滿整個矽晶圓就能組成一個晶片。
那麼說完原理，我們再說制造。這個過程 大致分搞原料、塗光刻膠、光刻、摻雜和測試這幾步。
這次手搓晶片的博主顯然沒有能力提純出工業級的成品矽晶圓，所以第一步就是花 45 美元買了一塊正兒八經的成品矽晶片，而且商家已經做好切割和外處理，回家直接掰成半英寸見方的形狀就 ok。
上面這些步驟， 只要你家有指甲剪你也能幹。
晶圓搞定，接下來就是塗光敏材料光刻膠。
把晶圓放進自制的離心塗裝機，點上一滴 100 微升的光刻膠。以 4000 轉的速度轉它 30 秒，這樣光刻膠就均勻的塗抹在晶圓上了。
再捏起晶圓放在 96 攝氏度的熱板上，乾燥一分鐘，晶圓上就留下一層均勻覆蓋的固態薄膜。
上面這步驟， 只要你家有洗衣機，你把它馬達拆下來把炒菜鍋插在馬達上，晶圓貼鍋上你也能幹。
接下來就是光刻，光刻的作用就是把電路印在晶圓上。
注意這個關鍵字， 印！
印之前得有個模板， 拿出提前設計好的電路圖，把它放在紫外線光下，燈一照就把電路圖印了上去了。
因為光刻膠對紫外線敏感，被紫外線照射過的地方光刻膠就溶解了，也就形成電路的雛形。
上面這一步，你只要會用 Photoshop ，在家也能畫出個電路圖。
但是再往後的步驟，在家基本上不太可能完成了，因為，接下來就涉及到了光刻。
眾所周知，光刻機，最重要的就是光。
為了造出從 14nm 到 7nm 再到 5nm 甚至 3nm制程的晶片，我們就需要越來越短的紫外線波長。
這需要在奈米級別下，用 DUV 的光脈沖去延續兩次打擊液態金屬錫，就可以激發出波長更短的 EUV，然後 EUV 就能刻出制程更小的晶片， 就是下面這個動圖。
看不懂就對了，因為這事除了荷蘭的那個阿斯麥，世界沒有第二家公司能做出來。
但是， 這哥們上亞馬遜買了個投影儀，然後又弄個顯微鏡和投影儀組裝起來，就做成了一臺簡易的 「 光刻機 」 。
用這臺 「 光刻機 」 完成 「 投影光刻 」 後，小哥再把晶片放進化學試劑裡，就能把原來的溝壑加深，使其刻在晶圓上，最後沖洗掉所有的光刻膠。
這也就完成了初步蝕刻。
但到這步，這塊晶片還是沒有靈魂，因為它 「 不導電 」 。
下一步就是通過離子註入，賦予矽晶體管電特性， 說白了就是讓它導電，變成電線。
這時候就得用到另一個比光刻機還要龐雜的玩意，刻蝕機。
這玩意有多災造，舉個刻蝕機塵埃控制的例子來說。
以常見的 5nm 制成的晶片為例，一片 12 寸的晶圓上，直徑大於 20nm 的顆粒不能超過兩個。
這就相當於青海省 72.23 平方公里的土地上，隻允許 2 粒葡萄大小的塵埃。
刻蝕機可以在矽結構中註入硼或者磷，再嵌入一點銅做成導線中的「 電芯 」，就能讓「 電芯 」其它晶體管連接。
之後還得用氣相沉積技術貼 一層 「 鋼化膜 」 ，保護做好的電路不受腐蝕，更加堅固耐用。。
正兒八經的刻蝕機，需要用到專業的離子註入機和氣相沉積技術。 這種方法相當貴，甚至還有點危險，過程中會用到爆炸性氣體矽烷。
先不說危不危險，刻蝕機你就搞不到啊。。。所以，這哥們搬來了一個 「 烤箱 」 。
在這裡，他運用了一種特別古早的高溫擴散方式，也稱為退火。
把蝕刻好且沖洗乾淨的晶圓放入 1000 攝氏度高溫的專業 「 烤箱 」 裡，烘烤 45 分鐘，這樣就可以把磷原子嵌入進去。
最後再放入從二手市場淘來的真空機，給晶片 「 貼個膜 」 ，第一層電路大功告成。
之後再往晶圓上面塗一層光刻膠，然後重復光刻、刻蝕、摻雜等上述步驟做出第二層電路，第三層電路。。。
這樣子基本就把晶片搞定了。
晶片搞出來，還得先檢測一波，看看有沒壞點什麼的。
這就需要用到電子顯微鏡。這玩意可以檢測小於 0.2um 的細微結構，也就是頭髮絲的 1/100 大小的物體。
至於價格嘛。。。晶片制造級的電鏡大概幾百萬一臺，而且工作環境相當考究，無塵且要溫度適宜，就算能搞到一臺，車庫也不太可能達到要求。
結果這哥們花 1000 美元，直接淘了一臺 90 年代售價 25 萬美元的電子顯微鏡，而且還把這玩意給修好了。
這哥們就通過這臺機器來檢查晶片的缺損。他把晶片折斷，用電鏡觀察晶片的橫截面，如果裡面有摻雜進塵埃顆粒，這塊晶片就算是報廢了，這一步也可以順帶查驗自己的 無塵化做的如何。
檢查無誤，充分清洗包裝後，就掏出了一塊成色完好，長寬 2.4 毫米， 共計 1200 個晶體管的矽晶片。
最後進行簡單 「 點亮 」測試。
把晶片放進一臺 20 年前的分析儀，這塊晶片顯示出了完美的電壓電流曲線， 手搓晶片的制造過程也宣告成功。
雖然現在一個路邊能加減乘除的計算機有幾萬個晶體管，但你可別小看這個手搓晶片。
它擁有 1200 個晶體管，已經逼近英特爾第一代晶片 4004 的 2200 個晶體管數量，不考慮重復率和成品率的前提下， 這塊手搓晶片已經達到了上世紀六七十年代的水平，小哥還給它起名叫 Z2 。
沒錯，是還有個叫 Z1 的手搓晶片，他還是個高中生的時候，就在自家車庫搓出一個 6 個晶體管的晶片， 並且成功用在一個 LED 燈上面。
但是 Z1 需要一個或兩個 9V 電池來帶動。這次的 Z2 晶體管數量指數級增長，但只需 2.2 或 3.3V 的電池就帶得動。
說完晶片，我們再看看造晶片的小哥和他的 「 車庫 」 。
這個小哥叫山姆·齊魯夫，父親是一名賽車零部件工業設計師，哥哥是一名機器人工程師，他的車庫長下面這個樣，充滿各種專業儀器。
這明明就是長著 「 車庫臉 」 的實驗室。
甚至在造晶片之前，他爸爸特意請了一位 40 年工齡的半導體行業資深工程師給小哥檢測 「 車庫 」 ，看看插線板放的位置是否合理，是否容易引起火災等等。
小哥靠著從二手市場淘來一堆破爛，直接搓出一塊晶片，堪稱史上最強垃圾佬。
但不可否認的是，他的家庭環境多少給了他點幫助，讓他有足夠的自信去做這件事，無論成功與否。
花 5 萬美元造 1 美元的晶片有什麼意義？
引用位博主的話，「 別人都認為這是一件不可能的事，我認為可以做，我就去做了，我沒有想自己會不會成功，而且我認為不斷堅持學習才是最大的挑戰。」
面對全新的領域，我們逐漸缺失的不也正是小哥話裡說的， 那些作為年輕人本該有的不服和自信。
撰文：yx 編輯：面線 封面：萱萱
參考文獻：
http://sam.zeloof.xyz
油管——”Z2″ – Upgraded Homemade Silicon Chips
Making Microchips at Home – Cooking with Jeri Part1
央視新聞——什麼是晶片 IC？
虎嗅網——一個22歲男孩兒，在地下車庫裡造出了晶片