19歲天才少年在家手工打造CPU，1200個電晶體、媲美英特爾 4004 CPU

美國「天才少年」19歲 Sam Zeloof 耗時3年，純手工自製1200個電晶體的 CPU。自稱可以與上世紀70年代的英特爾 4004 CPU 相媲美！

這位叫做 Sam Zeloof 的美國大學生，最終打造出1200個電晶體的CPU！在10微米的多晶矽柵極工藝上實現，命名為Z2。重點是，他用了與英特爾1970年代聞名於世的處理器4004使用了相同技術。

PS排陣列，車庫自製，超越「摩爾定律」

這款Z2晶片由第一代升級而來。18年，17歲的他曾製作了首個整合電路Z1，有6個電晶體。

和以前一樣，整個過程在他的「車庫工廠」進行，使用不純的化學品，自製的設備，沒有無塵室。首先，Zeloof 在 Photoshop 中佈局了一個簡單的 10x10 電晶體陣列。

一列中的10個電晶體共享一個共同的柵極連接，每行串聯在一起，與相鄰的電晶體共享一個源極/漏極。

單個10微米 NMOS 電晶體樣子如下，金屬層有些不對齊，紅色的輪廓是多晶矽，藍色是源極/漏極。

之前，Zeloof 一直採用金屬閘極工藝製作。

鋁柵極是與其下面的矽溝道具有很大的功函數差異，進而導致高閾值電壓(>10V)。

比如，吉他失真踏板和環形振盪器 LED 閃光器，由於這兩種材料閾值電壓值高，都需要一個或兩個 9V 電池來運行電路。

為了節省功耗，Zeloof 選用多晶矽閘極技術，性能得到提升，自對準閘極就不會產生高閾值電壓。這使得這些晶片與2.5V 和3.3V 邏輯電平相容。

圖紙設計好後，接著切割晶片，對多晶矽閘極進行蝕刻。

Zeloof 改進了工藝流程，採用自對準方法，選擇高溫擴散而不是離子注入進行摻雜。

因為矽片上已經有了各種材料，所以他只需要找到一層薄薄的 SiO2 (大約10nm) ，然後是厚一點的多晶矽 (300nm)。

結果顯示，Z2 比 Z1 有了飛躍性的進步。

改用多晶矽閘極工藝大大降低了功耗，但由於沒有純淨的化學品和沒有潔淨室，產量很低。

Zeloof 表示，「我已經做了15個晶片（1500個晶體管），並知道至少有一個完全功能的晶片和至少兩個大部分功能，這意味著良率低於 80%，而不是100%。」

影片開篇，Zeloof 調侃自己車庫造晶片超越摩爾定律。

網友還順便嘲笑了「擠牙膏」廠英特爾，到了2025年

Zeloof ：我終於做到了5nm。

英特爾：這是我們最新的10nm+++++++ 工藝。

極客少年，造晶片夢

那麼，2018年，Sam Zeloof 究竟做了什麼？

儘管 CPU 晶片製造門檻越來越高，但天才少年 Zeloof 並沒有放棄夢想。

2018年，17歲的他還只是一名高三學生，但他已經成功製作了首個整合電路Z1，擁有6個晶體管，使用5微米的 PMOS 工藝。

在接受 The Amp Hour 採訪時，Zeloof 提到此次發明的靈感源自於 YouTube 頻道，Jeri Ellsworth 在個人頻道中展示了如何不用特殊工具來切割矽片、自製電晶體的方法。

受此啟發，Zeloof 計畫在 Jeri Ellsworth 的基礎上來製作整合電路。

這樣一位傳奇的少年，可以說是一位資深的電子愛好者。

他在高中時就開始自己製作晶片，並在家里學習了製造晶片所需的訊息和機器。

他從 eBay 上買來零組件和材料，打造成一個半導體製造實驗室。

這位才華橫溢的少年認為，嘗試製造晶片是一種瞭解半導體和電晶體內部運作情況的方法。

從2017年起，他開始在部落格介紹自己的項目，Zeloof 收到了很多積極的回應。

一些上世紀70年代的資深工程師也為 Zeloof 提供了很多建議，希望他能開發出一種相對簡單的方法，複製4004晶片技術，進而更好的為自己開發晶片服務。

Zeloof 表示，「我開始閱讀舊書，研究一些舊的專利，因為新書介紹的製作流程需要非常昂貴的設備。」

I made a lot of improvements to the DIY fab process, this chip has a 10µm polysilicon gate which is the same technology as Intel's first CPU! Device characteristics are very good [Vth=1.1V, leakage=59nA]. Lots of details on the blog pic.twitter.com/GvwefJ7Ht5

— Sam Zeloof (@szeloof) August 13, 2021

網友驚呼，超越摩爾定律！

 

 

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