Энтузиаст сделал синий светодиод в сарае – он вытравил кристалл лазером с eBay в собственной ванной
Ютубер Dr. Semiconductor Мэтью Хартенсвельд продолжает превращать задний двор в полупроводниковую фабрику. Ранее он построил там чистую комнату и изготовил собственные ячейки динамической памяти с ёмкостью около 1,2 пФ. Теперь очередь дошла до светодиодов, а точнее до самого сложного из них – синего.
Формальный повод для нового эксперимента был вполне практическим. Хартенсвельду нужно научиться корпусировать готовые кристаллы памяти, то есть резать пластину и подводить к чипам физические контакты. Отработать методику он решил на светодиодах, которые заодно наглядно показывают, работает схема или нет.
Все работы ведутся в рамках открытой инициативы Semiconductor.DIY, где инженер публикует методики и результаты. Исходным материалом стал нитрид галлия, выращенный на сапфировой подложке. Пластину он разломал на осколки и отмыл раствором из деионизированной воды, ацетона и изопропилового спирта.
Главной задачей было вытравить верхний слой материала, чтобы задать рисунок контактов. В промышленности для этого применяют хлор в плазменном реакторе, но работать с ядовитым газом в сарае на участке слишком опасно. Альтернативой стал лазер, купленный на eBay.
Мощный аппарат Хартенсвельд перенёс в ванную комнату, чтобы собака случайно не посмотрела в луч. Дальше выяснилось, что документации и практических руководств по такому применению лазера в сети практически нет. После серии проб инженер сумел нанести на кристалл сначала беспорядочные штрихи, а затем и осмысленный рисунок.
Лазерная обработка оставила на поверхности налёт металлического галлия, который пришлось удалять отдельным этапом химической очистки. Только после этого вытравленные участки открылись для нанесения металлизации. Дальше в дело пошла вакуумная камера с двухступенчатым насосом, откачивающим 99,999999% воздуха.
Внутри камеры с использованием аргоновой плазмы были последовательно нанесены два металлических слоя:
никель и серебро для положительного контакта
титан и серебро для N-контакта и верхней металлизации
Позже разработчик признал, что стоило дать насосу поработать дольше и сильнее снизить количество остаточного газа. Проверку работоспособности он провёл максимально грубо – прижал к осколку кусочек индия и подал напряжение от батарейки на 9 В. Кристалл засветился синим.
Именно синий цвет десятилетиями оставался нерешённой задачей для промышленности, пока японский инженер Судзи Накамура не довёл до ума технологию на основе нитрида галлия и не получил за это Нобелевскую премию. Повторить результат в кустарных условиях – задача совсем другого порядка сложности. У Хартенсвельда на руках оказался полностью рабочий синий светодиод, но пока в составе пластины.
Следующим шагом стала резка. Настольная пила с тонкими дисками для сапфировой подложки не подошла, так что инженер снова взялся за лазер. Сфокусировав луч в определённой точке и перейдя на многопроходную схему, он всё же добился полного среза.
Оставалось подвести провода. Перебрав несколько вариантов, Хартенсвельд остановился на индиевых бампах, тем же способом соединения пользуются в цифровых фотокамерах. Металл достаточно пластичен и обеспечивает надёжный контакт без сложного оборудования.
Финальным штрихом стало превращение синего светодиода в белый. Для этого поверх кристалла лёг слой иттрий-алюминиевого граната, легированного церием, обычного люминофора, заказанного на Alibaba. Результат вышел неаккуратным внешне, но вполне функциональным.
Об авторе
