Ютубер, поставивший себе цель освободить производство полупроводников из-под контроля транснациональных мегакорпораций, снова добился успеха в DIY, на этот раз изготовив работающие светодиоды в своей фабрике на заднем дворе.
Dr. Semiconductor, также известный как инженер-полупроводниковщик доктор Мэттью Хартенсвелд, согласно его недавно запущенному веб-сайту, впервые привлек внимание интернета пять месяцев назад, когда построил чистую комнату класса 100 в сарае на своем заднем дворе. Еще в апреле мы писали о его успешном проекте по созданию собственной DRAM в чистом сарае, а видео, которое он опубликовал на выходных, посвященное созданию собственных светодиодов, продолжает этот проект с еще более изобретательным успехом.
Решение Хартенсвелда создать собственные светодиоды напрямую связано с его RAMбициями, заметьте — это не какой-то побочный проект, чтобы просто подсветить что-то ради забавы.
Как отмечает Хартенсвелд во вступлении к видео, работающие ячейки DRAM — это здорово, но они далеки от функциональных чипов DDR5, которые можно подключить к компьютеру вместо постоянно дорожающих чипов от крупного производителя. Превращение ячеек в чип RAM требует гораздо больше работы по производству и упаковке, но есть одна проблема: прикрепление готового кремниевого кристалла к печатной плате требует выравнивания множества крошечных контактов с соответствующими площадками на плате. Поскольку кремний непрозрачен для видимого света, требуется больше усилий для правильного выравнивания.
Встречайте светодиоды из нитрида галлия (GaN): GaN прозрачен, и светодиоды все равно нужно прикреплять к печатной плате для подачи питания, что делает их идеальным испытательным стендом для домашних экспериментов по упаковке.
«Материал светодиодов из нитрида галлия не только помогает нам разработать процесс упаковки, но и позволяет сделать немного RGB, — сказал Хартенсвелд в видео. — И все знают, что RGB делает RAM быстрее… по крайней мере, эмоционально».
Травление GaN для создания светодиодов традиционно требует использования опасных газов хлора, что, по словам Хартенсвелда в его видео, делало этот метод непрактичным и небезопасным для его целей — не говоря уже о нелепо высокой стоимости создания или приобретения оборудования, необходимого для безопасной работы. Вместо этого он решил использовать лазерный травитель с ультрафиолетовой длиной волны 355 нм, которую поглощает GaN.
После тестирования процесса лазерного травления и признания его успешным, Хартенсвелд перешел к более традиционному производственному процессу светодиодов, добавив контакты p-типа, подающие положительный заряд, и контакты n-типа, подающие отрицательный заряд, используя типичный процесс нанесения фоторезиста и металлизации для изготовления диодов. Небольшое количество индия, добавленное в вытравленный GaN и поданное под напряжением, показало, что процесс работает, излучая синий свет, ожидаемый от квантовых ям InGaN.
Оттуда Хартенсвелд смог добавить индиевые шарики на печатную плату с покрытием ENIG, которые он использовал для крепления светодиода к плате. Поскольку сам светодиод прозрачен, Хартенсвелд смог показать в видео, как индиевые контакты расплавились и образовали соединение со светодиодом. Подача питания на саму печатную плату привела к тому же голубоватому свечению.
Хартенсвелду также удалось изменить цвет своих светодиодов, чтобы они излучали более теплый белый свет, покрыв их тем же желтоватым материалом, который используется для покрытия светодиодов в большинстве коммерчески доступных светодиодных ламп: иттрий-алюминиевый гранат, легированный церием.
Иными словами, проект имел оглушительный успех, не только для демократизации производства светодиодов, но и для его будущих усилий по созданию работающих модулей RAM.
«В будущем мы сможем использовать нашу новообретенную способность к упаковке для RAM или вообще чего угодно», — сказал Хартенсвелд в видео.
Он еще не применил новый метод к производству модулей RAM, и хотя Хартенсвелд сообщает The Register, что намерен сделать это в ближайшее время, ему предстоит еще кое-какая работа, прежде чем он добьется этого.
«Следующий шаг — уменьшить как транзистор, так и, что более важно, конденсатор, чтобы я мог увеличить плотность и начать экспериментировать с некоторыми методами, используемыми в более современной коммерческой DRAM», — сказал Хартенсвелд в электронном письме.
После уменьшения, естественно, наступает масштабирование.
«По мере уменьшения размеров элементов выравнивание, контроль процесса, выход годных, межсоединения и упаковка становятся гораздо сложнее, — добавил доктор полупроводников. — Именно это делает для меня это интересным: выяснить, какую часть современного производства полупроводников можно воспроизвести с помощью более простого и дешевого оборудования и процессов».
Мечты о демократизации чипов
Хотя ранние работы Хартенсвелда ограничились тремя видео на YouTube, похоже, он намерен пойти значительно дальше в своей работе.
«Производство полупроводников считается чем-то, что под силу только фабрикам стоимостью в миллиарды долларов. Это не так, — заявляет он в разделе «О сайте» на своем веб-сайте semiconductor.diy. — Чистая комната класса 100 помещается в садовом сарае, субмикронная литография может работать на модифицированном микроскопе, а работающие устройства можно создавать дома. Этот сайт открыто документирует, как это сделать, чтобы любой мог развить эту идею».
Хартенсвелд добавил в видео, что работает над открытой документацией для всего своего процесса; перечни материалов и инструкции для его чистого сарая и проекта светодиодов уже включены на сайт.
Ютубер также сказал, что планирует выпускать видео на более регулярной основе, теперь, когда у него есть спонсорство от Vensa, некоммерческой организации, поддерживаемой сооснователем Ethereum Виталиком Бутериным, занимающейся разработкой открытого кремния.
«Микрочипы — это основополагающая технология современной цивилизации, но их создание недоступно для большинства, — говорит Vensa о своем проекте на странице «О нас». — «Открытый кремний» (Open Silicon) дает наибольшие надежды на демократизацию проектирования чипов и повышение безопасности и суверенитета компьютеров».
Светодиоды, изготовленные в садовом сарае, — это только первый шаг.
«Я не ожидаю, что фабрика в сарае заменит коммерческую полупроводниковую фабрику стоимостью в миллиард долларов, но я думаю, что существует огромное неизведанное пространство между «вы можете спроектировать чип» и «вам нужен доступ к промышленной фабрике, чтобы его изготовить», — сказал нам Хартенсвелд.
Он добавил, что надеется, что его работа даст студентам, исследователям, стартапам и любителям возможность экспериментировать с производством полупроводников и создавать собственные устройства, делая процесс более доступным.
«Демократизация производства полупроводников и создание своего рода мелкомасштабной или «кустарной» полупроводниковой экосистемы определенно является частью видения, — добавил Хартенсвелд. — Проекты DRAM и LED — это демонстрация того, что возможно; теперь я хочу продолжать уменьшать устройства, улучшать оборудование и смотреть, насколько далеко можно продвинуть этот подход». ®
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Brandon Vigliarolo
