梦晨 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
全球陷入“缺芯危机”。
一位加拿大小伙儿一听说这事，立马坐不住了，立志要解决这个问题。
他想了一想，芯片的主要原料不就是硅么，而硅一般是从石英石里提取的。
于是，灵感爆棚的他发挥DIY精神，抄起家伙就开干。
第一步，就从捡石头开始。
至于提炼硅需要的设备有用到汤锅、电磁炉等厨具。
再辅以牙刷抛光和小刀切割。
最后，小伙把整个制作过程浓缩成一部只有99秒的视频教程，免费分享到网上。
步骤相当完整，只是缺少亿点点细节那种（手动狗头）。
首先小伙把捡来的石英石敲碎，得到二氧化硅颗粒。
世界上纯度最高的石英石在美国北卡罗来纳州的采石厂，不过纯度也就98%。
想要造芯片的话还要提纯，纯度达到99.9%的话是这个样子。
至少提纯到99.9999999%，才可以制备成多晶硅 （polysilicon）。
接下来他把多晶硅锭放到锅里，想办法加热到1698开式度（1424.85摄氏度）。
再把一小块单晶硅放进去当引子，融化的硅会在与单晶硅的交界面上重新排列分子结构，随着冷却凝固成单晶硅。
这种方法由波兰科学家丘克拉斯基提（Czochralski）发明，有一个形象的名字叫提拉法。
为什么叫提拉法呢？因为冷却后就可以像这样把制成的单晶体拉出来：
小伙下一步做的是把硅晶体切割成薄片，这就是经常能听到的晶圆了。
光滑得可以当镜子用。
不过这时晶圆的导电性能还不够好，需要掺杂一些硼或磷，比如火柴头上就有磷。
对这个过程，有网友评论道：就像我奶奶烤饼干一样。
不过再后面才是最关键的步骤——光刻。
首先他往晶圆片上涂光刻胶 （Photoresist）。
再把需要的电路图案制成带一层铬的石英掩膜版，掩膜版的作用相当于洗相片时候的底片。
下一步他用激光把掩膜版上的电路图案投射到晶圆，让掩模产生的阴影位置控制光刻胶在晶圆片表面发生化学变化的位置。
后面的步骤就像洗相片一样，倒上显影液，用酸（小伙用的是白醋）腐蚀晶圆的暴露部分，洗掉残留的光刻胶。
再加上亿点点工艺细节，包括同质外延、异质外延、伪外延、扩散掺杂、铜互联层、化学机械抛光、涂光刻胶、酸蚀刻和光掩模曝光。
以上操作重复N遍，直到……
再对光刻完毕的晶圆进行切割，就得到了未封装的裸片（die）。
最后，小伙展示了焊接、封装一气呵成。
这就是从石头到CPU的全部过程了。
还真有人做出来过视频看完后，这位加拿大小伙还有几句话要说。
首先有一点需要声明，不建议任何人真的去尝试这些方法，视频中出现的“光刻胶”等只是道具，真正的化学原料非常危险，必须要在通风、安全的环境下操作。
另外生产现代CPU的实际工艺流程要比视频中描述的复杂得多，而且专利都掌握在大公司手里。
有网友开玩笑说他“这个视频侵犯了大量的专利，我报警了”。
小伙也调侃到“我用的都是开源石头，所以应该还好”。
最后，虽然一个人在家里无法真的打造出纳米级芯片，但是小伙分享了另一位DIY达人Sam Zeloof的频道。
微米级制程的那种芯片Sam还真做出来了。
他的最新进展是把自制芯片升级到了集成1000个晶体管。
视频地址：
https://www.youtube.com/watch?v=vuvckBQ1bME
Sam Zeloof的频道：
https://www.youtube.com/c/SamZeloof/videos
参考链接：
[1]https://blog.robertelder.org/how-to-make-a-cpu/
[2]https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/czochralski-process
— 完 —
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