DIY: Halbleiterfertigung in der Garage? Geht, aber ...
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In regelmäßigen, wenn auch größeren Abständen machen Hobbyprojekte Schlagzeilen, in denen Halbleiter zu Hause selbst hergestellt werden. Jüngst hat es ein Youtuber geschafft, der in seiner Gartenhütte einen Reinraum eingerichtet hat. Das ist nicht nur sinnlose Spielerei – Halbleiterfertigung ist auch im privaten Umfeld möglich. Es gibt dazu sogar eine Anleitung bei Instructables(öffnet im neuen Fenster) .
Viele der benötigten Maschinen sind trotz kompliziert klingender Namen eigentlich recht einfach. Als Spin Coater zum Auftragen eines dünnen Films aus Maskenmaterial oder Chemikalien zur Dotierung genügt etwa ein PC-Lüfter. Der Wafer muss einfach nur schnell – aber nicht zu schnell – gedreht werden, den Rest erledigt die Physik.
Andere Maschinen, etwa Hochtemperaturöfen oder Anlagen zum Aufwachsen von Kristallschichten sind zwar nicht schnell selbst gebaut, können aber etwa bei Alibaba bestellt werden . Dennoch sind die Grenzen des Möglichen schnell erreicht – allerdings nicht aus offensichtlichen Gründen.
Lithografie ist nicht das Problem
So könnte man zunächst vermuten, dass die Lithografie ein Problem wäre. In der Industrie erfolgt die Belichtung des Maskenmaterials, um die im nächsten Schritt nicht zu bearbeitenden Flächen zu schützen, mit riesigen Maschinen.
Selbst kleine Anlagen haben bereits die Abmessungen einer Gartenhütte, würden also niemals in den DIY-Reinraum passen, mit Preisen von Millionen Euro sind sie zudem für die meisten Privatpersonen unbezahlbar.
Winzige Transistoren theoretisch auch zu Hause möglich
Doch wie beim Spin Coater lassen sich auch für die Lithografie andere Geräte umfunktionieren. Oft handelt es sich um umgebaute Projektoren, die das zu belichtende Muster auf den Wafer projizieren.
Diese sogenannten maskenlosen Ansätze sind im Gegensatz zum industriellen Ansatz mit ebenfalls teuren und aufwendig herzustellenden Masken wesentlich simpler und günstiger. Und sie lassen sich theoretisch sehr weit treiben, wenn anstelle eines Projektors ein Rasterelektronenmikroskop (REM) verwendet wird. Auch damit kann nämlich das Maskenmaterial belichtet werden.
In Forschung und Entwicklung ist das durchaus üblich und hat daher auch einen Namen: Das Verfahren wird als Elektronenstrahllithografie(öffnet im neuen Fenster) bezeichnet. Damit sind Auflösungen im einstelligen Nanometerbereich (PDF)(öffnet im neuen Fenster) möglich – ein REM von Alibaba schafft das aber nicht. Für ein Modell(öffnet im neuen Fenster) wird etwa eine Auflösung von 0,5 μm und eine Positioniergenauigkeit von 1 μm angegeben.
Prozesstechnisch ordnet sich das etwa Ende der 1980er-, Anfang der 1990er-Jahre ein. Nicht High-End, aber für zu Hause doch nicht schlecht, oder? Intel stellte den ersten Pentium schließlich auch in einem 800-nm-Prozess her. Doch allein mit Auflösung ist es in der Halbleiterfertigung nicht getan.
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