Sinh viên 22 tuổi tự chế chip bán dẫn tại nhà

Vào hồi tháng 8/2021, Sam Zeloof, một sinh viên 22 tuổi đã công bố chế tạo thành công một chip bán dẫn chứa 1.200 transistor, gọi là Z2.

Để tạo nên mạch điện, Zeloof đã cắt những tấm nền silicon, dùng tia cực tím khắc thiết kế siêu nhỏ và ngâm chúng vào axit.

Năm 2017, Zeloof bắt đầu chế tạo từng bóng bán dẫn riêng lẻ. Đến năm 2018, anh cho ra mắt chip đầu tiên. Z2 là chip thứ hai do Zeloof tự sản xuất. Anh chàng này hy vọng có thể sản xuất được chiếc chip có quy mô tương tự 4004 với 2.300 transistor, dòng vi xử lý thương mại đầu tiên và mang tính đột phá được Intel ra mắt năm 1971.

Zeloof biết rằng, chip sản xuất tại nhà không thể xuất hiện trong thiết bị điện tử cao cấp, nhưng đó là sở thích của anh.

Chip bán dẫn khó chế tạo thế nào

Chế tạo chip máy tính được đánh giá là một trong những quá trình sản xuất khó khăn, tốn kém và đòi hỏi sự chính xác nhất thế giới.

Vì vậy, khi Zeloof bắt đầu chia sẻ dự án của mình, một số chuyên gia trong ngành bán dẫn khẳng định điều này là bất khả thi.

Để phục vụ dự án Zeloof phải đọc rất nhiều tài liệu kỹ thuật và lịch sử. Zeloof phải đọc các bằng sáng chế và sách giáo khoa trong thập niên 1960-1970 để tìm hiểu về cách chế tạo chip trên bàn làm việc thông thường. Cách chế tạo hiện nay, chip được đặt trong những cơ sở khổng lồ, nơi hệ thống điều hòa và thông khí hoạt động liên tục để lọc bụi, tránh nhiễm bẩn các đế silicon đang chuyển hóa thành bộ xử lý, điều mà Zeloof không thể làm được.

Việc tìm mua thiết bị từ hàng chục năm trước cũng gặp nhiều khó khăn. Zeloof đã phải chi tới 1.000 USD để mua và sửa chữa kính hiển vi điện tử bị hỏng. Đây là thiết bị được dùng để tìm kiếm khiếm khuyết trên chip, từng có giá 250.000 USD trong giai đoạn đầu thập niên 1990.

Để chuyển thiết kế mạch lên đế silicon, Zeloof cũng phải ứng dụng quá trình quang khắc tương tự như nhà máy chip hiện đại. Vì không thể mua cỗ máy trị giá 150 triệu USD nên anh chàng này đã phải gắn máy chiếu hội nghị vào một kính hiển vi để chiếu thiết kế chip lên đế silicon được phủ vật liệu nhạy sáng.

Sản phẩm đầu tiên của Zeloof là chip Z1 với sáu bóng bán dẫn được sản xuất trên quy trình 175 micromet. Chip Z2 có kích thước lớn hơn nhưng sở hữu những chi tiết nhỏ tới 10 micromet, được trang bị 1.200 bóng bán dẫn với tốc độ nhanh gấp 10 lần.

Để có thể in những chi tiết nhỏ đến 0,3 micromet hay 300 nanomet, tương đương công nghệ của ngành bán dẫn giữa thập niên 1990, Zeloof đã nâng cấp máy quan khắc tự chế. Anh chàng này hy vọng, trong tương lai có thể tích hợp các tính năng vào chip với quy mô ngang dòng Intel 4004.