高中生在自家车库造芯片，光刻技术还是光刻？

在自家车库造芯片？还用到光刻技术？先别吃惊，国外真有人这么干了，而且还是一名高中生。

美国小伙Sam Zeloof从高中开始就尝试自行研发芯片，Zeloof称他最开始是在油管上看到一位博主分享了自制晶体管的视频，很有兴趣，因此自己也开始收集制作芯片所需的原材料和二手设备，为芯片制造做准备。

高中时期的Zeloof

2018年4月，17岁的Zeloof发布了自己研发的第一代芯片Z1，Z1采用5微米PMOS（指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管）制程，虽然只有6个晶体管，但Z1对Zeloof而言更多是一块设备测试用芯片，当逐渐调试好设备和掌握了芯片的生产流程后，Zeloof未来的目标是制造出能达到英特尔历史上第一款处理器Intel 4004水平的芯片。

Zeloof表示他用第一个芯片做了一些很酷的项目，如LED闪光器，还有吉他的失真效果器，虽然它们的工作状态都不错，但问题也很明显，像是mosfet（一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管）的阈值电压很高，因此需要连接1-2个9伏的电池，Zeloof想在他的新一代芯片上解决这个问题。

用Z1芯片做的吉他失真效果器

终于，今年Zeloof的新一代芯片Z2来了，他在其个人博客（http://sam.zeloof.xyz）上分享了其制作的升级版Z2芯片的全过程。

据其透露，Z2芯片采用10微米多晶硅栅极工艺并可容纳100个晶体管，这与Intel 4004处理器的技术相同，Z2芯片是一个简单的10×10晶体管阵列，用于测试、表征和调整过程，但这是向更先进的 DIY 计算机芯片迈出的一大步。

Zeloof的Z1和Z2芯片

Zeloof做了12个晶体管的阵列，因此整个硅片上集成了1200个晶体管，英特尔的第一款处理器Intel 4004也只有2000个晶体管，Zeloof表示产自“手工作坊”Z2芯片目前也达到了一个不错的复杂水平，毕竟他一个人干了上个世纪70年代英特尔一组人做的事情，Zeloof表示他很快就会制作更多有趣的电路。

现在来看一下Zeloof是如何在自家车库“肝”出Z2芯片的。

Zeloof表示这款新芯片是通过多晶硅栅极工艺制造的，它的阈值电压仅为1伏左右，能在非常低的电压下良好的工作，同时，它的逻辑电压可以低至3.3伏到5伏，因此功耗更低，并且可以封装成更小的芯片。

令人惊异的是，Z2芯片的第一道工序竟然是从PS中开始的，Zeloof表示他使用PS来做芯片设计的原因是PS相较于一些复杂的专业芯片设计软件使用起来更加方便。

Zeloof制造的晶体管测量后得到的N沟道mosfet的I-V曲线（电流、电压特性曲线，通常用作工具确定和理解组件或设备的基本参数，并且还可以用于在电子电路中对其行为进行数学建模），Zeloof表示最后结果还算不错。

I-V曲线示意图

当然，实际的芯片制造过程远没有上述介绍的那么简单，即便是Zeloof在车库中自制的芯片良品率也并不算高，一般12个Z2芯片中只有一个是完全没有缺陷的，剩下的大约只能实现80%的功能，生产流程还需要不断调整和完善。

Zeloof表示，在开始自制芯片这个项目之前并不知道自己将进入哪个领域获得什么，通过这段车库自制芯片经历，他在物理、化学、光学、电子学以及诸多学科领域中学到的东西远超自己的想象。

Zeloof从2017年开始在博客中陆续分享的他的项目，获得了不少积极的反馈，有不少芯片专业人士以及爱好者与他联系，甚至得到了一位上世纪70年代使用类似芯片生产流程的资深工程师的帮助。就像Zeloof受他人影响开始了自己的车库芯片项目，Zeloof也希望自己的经历能激励他人对手工制造芯片的热爱。

而美国在这方面做的确实比中国好，不得不承认，美国在物理基础教育上比我们超前，他们花费大量人力和财力培养物理人才。美国重视优秀人才的引进，否则不会向尹希和曹原投出橄榄枝。但是近些年，中国对物理等理科学科的重视程度越来越高，所以很多优秀的人才会选择留在国内，报效祖国。

武器研发、航天事业等的发展，都离不开物理应用，所以，物理在一个国家的发展中应用广泛，起着非常重要的作用。孩子是祖国的未来，一个国家要想长远发展，要想越来越稳定越来越富强，那么对孩子的基础必不可少，尤其是加强对数理化等理科教育的基础培养！

对孩子而言，物理世界是未知的，所以家长和学校一定要用正确的方式，为孩子们打开神奇的物理大门，只有这样才能正确引导孩子对物理的认知，才能让他们对物理产生兴趣，从而为将来的深入学习奠定浓厚的兴趣和扎实的基础。

值得高兴的是，近几年，我国教育部也越来越注重培养孩子在物理上的能力，因为未来的中国发展和崛起，靠的一定是科技。但是近些年，中国理工科人才缺口巨大，无论是人工智能，或者AI技术，中国都需要吸纳和引进优秀的人才。

与此同时，央视也推出一些物理科普栏目，主要针对3-15对的孩子，他们希望通过《这就是物理》这本科普漫画教材，让越来越多的孩子接触并了解到物理科普知识，从而培养工科思维，为国家的发展储备人才。

《这就是物理》这本书，与传统的教辅书籍不同，本书采用漫画彩绘的形式，以第一人称的口吻，向孩子们讲述物理现象和本质，内容通俗易懂，孩子们一看就能快速吸收其中的知识点。

《这就是物理》涵盖了物理教材中85%以上的知识点，不仅适合小学生阅读，也适合初中阶段的孩子们阅读。快为家里的孩子准备一套吧！