之前差評君給大夥說過一個油管博主，路邊撿塊石頭就搓出 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。
製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。
再比如曝光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，那它不平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俠同款的 「 賈維斯 」 。
但話說回來，晶片這麼高精尖的玩意，為啥總有人能在家搓出來？
其實晶片製造原理並不複雜，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傢伙，就有了傳統的電路。
把這樣的導線開關佈滿整個矽晶圓就能組成一個晶片。
那麼說完原理，我們再說製造。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。
注意這個關鍵詞，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，曝光機，最重要的就是光。
為了造出從 14nm 到 7nm 再到 5nm 甚至 3nm製程的晶片，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 的光脈衝去連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 就能刻出製程更小的晶片，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 「 曝光機 」 。
用這臺 「 曝光機 」 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注入，賦予矽電晶體電特性，說白了就是讓它導電，變成電線。
這時候就得用到另一個比曝光機還要複雜的玩意，刻蝕機。
這玩意有多難造，舉個刻蝕機灰塵控制的例子來說。
以常見的 5nm 製成的晶片為例，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 萬平方公里的土地上，只允許 2 粒葡萄大小的灰塵。
刻蝕機可以在矽結構中注入硼或者磷，再嵌入一點銅做成導線中的「 電芯 」，就能讓「 電芯 」其它電晶體連接。
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注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，然後重複光刻、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，看看有沒壞點啥的。
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。。。晶片製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，如果裡面有摻雜進灰塵顆粒，這塊晶片就算是報廢了，這一步也可以順帶檢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 個電晶體的矽晶片。
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，手搓晶片的製造過程也宣告成功。
雖然現在一個路邊能加減乘除的計算機有幾萬個電晶體，但你可別小看這個手搓晶片。
它擁有 1200 個電晶體，已經逼近英特爾第一代晶片 4004 的 2200 個電晶體數量，不考慮重複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 個電晶體的晶片，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 電晶體數量指數級增長，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 美元的晶片有啥意義？
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
