DIY: ¿Se puede fabricar un transistor semiconductor casero?
Tengo que decir que cuando era un niño, tras ver un documental sobre semiconductores, intenté crear uno de estos dispositivos semiconductores en casa. ¿Los problema? Por aquel entonces mis conocimientos de electrónica eran bastante escasos, y por otro lado los recursos de los que disponían eran tanto o más escasos que mis conocimientos.
¿El resultado? Mejor no comento… jajaja creo que esto ya te debe dar pistas. Lo único que aprendí en aquella época de los experimentos caseros fue que no conseguí el transistor semiconductor de silicio que pretendía, que el grafito conduce solo la corriente en una dirección y que se calienta bastante al hacer pasar una corriente a través de él. ¡Bueno! Algo es algo, ¿no? Y si te preguntas cómo lo descubrí, solo decirte que no fue agradable descubrirlo. XD
ÍNDICE:
Introducción
Los makers y el DIY (Do It Yourself) está muy de moda, pero una cosa es hacer ciertos proyectos y otra muy diferente es conseguir un circuito integrado casero. Una tarea que no debes subestimar y que no es tan sencillo como crear otras cosas en casa. De hecho, pocos son los que lo han intentado, y no se han seguido documentando muchos más trabajo tras estos pioneros que ahora muestro en el siguiente apartado…
El motivo es que se deben manejar algunos productos químicos peligrosos y procesos que para perfeccionaros podría llevar años. Además de tener unos costes de ciertos equipamientos si lo quieres hacer algo más profesional. Esto también me reconforta por mi fracaso en mi niñez jaja… Jeri tardó 2 años, y es Jeri. No hay más que comentar.
Además, puedes pensar: ¿Para qué necesito fabricarlos en casa cuando son extremadamente baratos comprarlos? Quizás para ti esta pregunta tiene sentido, pero a para mi no lo tenía en aquella época. La pasión que sentía por la electrónica me llevaba a querer crearlo, a aprender del proceso por mi mismo. A pesar de que no lo conseguí, aprendí algo más que lo que antes comenté cuando he bromeado sobre el grafito. Y con eso me quedo.
Sea como sea, si te decides a ser tú el siguiente, debes tener en cuenta que no es un camino fácil. Hacer algo en casa, que se fabrica en plantas con miles de ingenieros, e instalaciones y equipos técnicos avanzados por valor de más de 10 mil millones de euros, no es sencillo. Incluso muchas empresas optan por ser fabless porque no pueden asumir estos costes (AMD, Motorola, Apple, NVIDIA, Qualcomm,…).
Estas foundries que fabrican semiconductores tienen un mercado de unos 400.000.000.000 € por sus ventas, ya que la gente no puede conseguir sus productos de otra forma.
Recursos
Que yo no pudiera siendo un niño no significa que no se pueda. Lo cierto es que si te pregunta si se puede crear un transistor en casa, la respuesta es sí, y existen varias formas de hacerlo. De hecho, personas como Nyle Steiner, Sam Zeloof o, mi preferida, Jeri Ellsworth, ya lo han hecho.
Jeri Ellsworth
Hace un tiempo tuvo el honor de poderle pasar unas preguntas a Jeri Ellsworth y publicar en este blog la entrevista. Si aún no la conoces, decir que es una inventora autodidacta y apasionada de la electrónica bastante conocida por algunos logros. Uno de ellos fue cuando creó un sistema Commodore64 completo en un chip dentro de un joystick que llamó C64 Direct-to-TV.
También co-fundó Technical Illusions, luego renombrada como CastAR dedicada a la realidad aumentada. También trabajó en Valve, donde parte de sus esfuerzos se han podido aprovechar en su actual empresa Tilt-Five que seguro recordarás por la entrevista.
Pero además de todo eso, y otras muchas cosas, Jeri mostró en la conferencia Maker Faire Bay Arena cómo se podían crear algunos chips caseros. Una auténtica MacGyver del mundo de la electrónica y por algunas de estas cosas la vuelvo a rescatar para este artículo.
Es complicado reducir todo el gran trabajo de Jeri en solo tres párrafos, pero me quiero centrar en lo que realmente importa ahora, y es en esos transistores caseros. Ella publicó en su canal una serie de vídeos en los que mostraba cómo crear transistores y CIs caseros con cosas que no muchas personas tienen en casa o que son complicadas de conseguir: un horno, semiconductor dopado, y algunos productos químicos.
Incluye en el caso de Jeri usó un diodo de germanio como base para su creación. Por tanto, no partió de cero.
Aquí te muestro los vídeos y pruebas que hizo Jeri en su laboratorio con el transistor de efecto de campo FET con canal N:
Y también tienes un vídeo sobre un transistor de punto de conctacto de Jeri:
Y los vídeos de Cooking with Jeri:
Sam Zeloof
Sam Zeloof es otro autodidacta que a la temprana edad de los 17 años construyó una «foundry» para crear chips caseros en su garaje. En 2018 consiguió producir su primer chip usando procedimientos de litografía casera. Lo llamó el Zeloof Z1, y era un doble amplificador diferencial u operacional con transistores PMOS. Este trabajo lo hizo inspirándose en Cooking with Jeri de Jeri Ellsworth.
Aquí te dejo dos vídeos interesantes:
Como puedes comprobar, lo que usa en el laboratorio es poco convencional, se necesitan algunas herramientas avanzadas. Cosas como un tanque de nitrógeno para controlar la atmósfera del horno cuando se haga crecer las capas de óxido de silicio, un horno capaz de alcanzar los 1000ºC, ácido fluorhídrico (HF), lámina de fosfosilicato, oblea de silicio EGS pre-dopado, adhesivo de vinilo como fotoresistencia para las máscaras, osciloscopio para pruebas, pinzas para el ataque químico, ventilador, epoxi conductivo, soldadura, y una carta de colores para identificar el grosor de las películas de oxido.
Sí, carta de colores. Un amigo me suele decir que me gustan mucho los «colorines» porque me encantan los die shots de los microprocesadores y otros CIs. Y esos colorines a los que se refieren se deben a la incidencia de la luz sobre los diferentes grosores de las capas de SiO2:
| Espesor de película (Å) | Color de la película (los que se muestran son solo indicativos) |
|---|---|
| 500 | dorado |
| 700 | marrón |
| 1000 | violeta oscuro a violeta rojo |
| 1200 | azul real |
| 1500 | azul claro a azul metálico |
| 1700 | metalizado a amarillo verdoso muy claro |
| 2000 | dorado claro o amarillo – ligeramente metálico |
| 2200 | dorado con leve amarillo-naranja |
| 2500 | naranja al melón |
| 2700 | rojo violáceo |
| 3000 | azul a violeta-azul |
| 3100 | azul |
| 3200 | azul a azul verdoso |
| 3400 | verde claro |
| 3500 | verde a amarillo verdoso |
| 3600 | amarillo verde |
| 3700 | verde amarillo |
| 3900 | amarillo |
| 4100 | naranja claro |
| 4200 | clavel rosa |
| 4400 | rojo violeta |
| 4600 | rojo violáceo |
| 4700 | Violeta |
| 4800 | Violeta Azul |
| 4900 | azul |
| 5000 | azul verde |
| 5200 | verde |
| 5400 | amarillo verde |
| 5600 | verde amarillo |
| 5700 | amarillo a «amarillento» (a veces aparece gris claro o metálico) |
| 5800 | naranja claro o amarillo a rosa |
| 6000 | clavel rosa |
| 6300 | rojo violeta |
| 6800 | «Azulado» (aparece entre rojo violeta y verde azulado – en general se ve grisáceo |
| 7200 | azul-verde a verde |
| 7700 | «amarillento» |
| 8000 | naranja |
| 8200 | salmón |
| 8500 | luz opaca rojo-violeta |
| 8600 | Violeta |
| 8700 | Violeta Azul |
| 8900 | azul |
| 9200 | azul verde |
| 9500 | verde amarillo opaco |
| 9700 | amarillo a «amarillento» |
| 9900 | naranja |
Por ejemplo de un die shots:
Nyle Steiner
El caso de Nyle Steiner es quizás menos famoso que los dos anteriores, pero también influido por Jeri y otros. Él experimentó con la construcción de transistores caseros de película delgada a base de óxido de zinc. Usó dieléctricos líquidos, lo que limitaba mucho la vida útil del dispositivo semiconductor, pero intentó mejorarlo con dieléctricos sólidos depositados como AlPO. Algo complicado teniendo en cuenta las salas sucias de una vivienda normal…
Al igual que Jeri usó diodos de germanio como base para conseguir el semiconductor, en el caso de Nyle también tomó como base algo. Eso sería unas fotocélulas de sulfuro de cadmino.
Que opinas de este video ???
Se pueden hacer con agua y basicamente con cualquier cosa que medio deje pasar la electricidad, pero primero es conveniente saber hacer un diodo pues un transistor son dos diodos. Lo que necesitas es que en un sentido encuentre el camino facil y del otro no. Aparte no han de cortar completamente el circuito en lo magnetico, es decir catodo y anodo difieren en la superficie de estos expuesta al semiconductor, el agua destilada puede ser un buen semiconductor, incluso se podria hacer un circuito en una cubitera…