घर पर RAM बनाना [वीडियो]

 (youtube.com)
14 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2026-04-22 | 4 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • घरेलू उपकरणों और खुद तैयार की गई प्रक्रिया से DRAM cell बनाकर, transistor और capacitor को जोड़ने वाली RAM की बुनियादी संरचना के काम करने की पुष्टि की गई
  • silicon wafer काटने, oxide layer बनाने, photolithography, dry etching, phosphorus doping, gate oxide growth, contact cut, और aluminum deposition तक semiconductor process को चरणबद्ध तरीके से किया गया
  • तैयार device की measurement में gate voltage के अनुसार current बदलने वाली switching characteristics और अधिकतम 12.3 pF capacitance की पुष्टि हुई
  • अलग-अलग DRAM cell चलाने पर storage capacitor को कुछ सौ nanosecond के भीतर 3V तक charge किया गया, और charge 2ms से थोड़ा अधिक समय तक बना रहा, फिर दोबारा charge करना पड़ा
  • commercial DRAM के 64ms से अधिक retention time तक नहीं पहुंच सका और punch through जैसी scaling limitations भी सामने आईं, लेकिन घर में बने छोटे RAM array expansion के लिए शुरुआती आधार मिल गया

DRAM संरचना और निर्माण लक्ष्य

  • DRAM cell एक ऐसी संरचना है जिसमें row और column से बने array के हर intersection पर transistor और charge store करने वाला capacitor रखा जाता है
    • transistor switch की भूमिका निभाता है
    • capacitor battery की तरह charge store करके 1-bit जानकारी संभालता है
    • transistor को on करने पर capacitor charge होता है, और दोबारा on करके पढ़ते समय charge उलटी दिशा में बहता है, जिससे उसे detect किया जा सकता है
    • read process में capacitor का charge निकल जाता है, इसलिए नियमित refresh जरूरी होता है
  • निर्माण का लक्ष्य बाद में जोड़कर बढ़ाया जा सकने वाला 5x4 array layout आधारित छोटा ढांचा था
    • हर intersection पर transistor और capacitor रखा गया
    • अंतिम लक्ष्य transistor gate length को 1 micron से थोड़ा कम रखना था
  • design diagram में हर रंग अलग layer को दिखाता है, और device को layer-दर-layer जमाने वाली sandwich-style stacking process से बनाया जाता है

शुरुआती प्रक्रिया: silicon की तैयारी और doping

  • शुरुआती material के रूप में silicon wafer का उपयोग किया गया और diamond scribe से उसे छोटे chips में काटा गया
    • silicon के खास crystal plane के अनुसार आसानी से टूटने के गुण का उपयोग किया गया
  • काटने के बाद सतह की अशुद्धियां हटाने के लिए acetone और isopropanol आधारित cleaning की गई
    • इसका उद्देश्य particles हटाना और organic पदार्थों को घोलना था
    • इसके बाद सतह को silicon से glass में बदलने का चरण आने वाला था, इसलिए पूरी तरह परफेक्ट cleaning जरूरी नहीं थी
  • chip को furnace में रखकर 1,100°C पर गर्म किया गया और सतह पर 3,300 angstrom oxide layer बनाई गई
    • यह silicon को oxidize करके glass layer उगाने का तरीका है
    • यह oxide layer बाद में mask और protective layer की भूमिका निभाती है
  • glass layer बनी सतह पर पहले liftoff resist लगाया गया, ताकि वह adhesion layer की तरह काम करे
    • मूल रूप से यह metal liftoff के लिए बना material है, लेकिन adhesion layer के रूप में भी अच्छी तरह काम करता है
    • 170°C पर 5 मिनट bake किया गया
  • उसके ऊपर photoresist spin coat किया गया और 100°C पर 2 मिनट bake किया गया
    • इससे 1 micron से थोड़ा मोटी uniform thin film बनी
  • UV और mask का उपयोग करके पहला pattern level बनाया गया
    • mask opening से गुजरने वाली रोशनी ने photoresist को expose किया
    • developer solution में exposed हिस्से हट गए और pattern बन गया
    • microscope stepper system pattern को छोटा करके project करता है, और custom software focus व exposure को नियंत्रित करता है
    • अधिक uniform development के लिए robotic equipment का उपयोग किया गया
  • patterned photoresist को mask की तरह इस्तेमाल करके dry etching की गई
    • glass layer को चुनिंदा जगहों से हटाकर silicon surface को expose किया गया
  • etching के बाद गर्म DMSO से photoresist हटाया गया
    • नतीजे में 3,300 angstrom oxide layer में window openings बन गईं
  • इन oxide windows का उपयोग transistor के source और drain बनाने के लिए किया गया
    • source और drain switch के input और output terminal की तरह काम करते हैं
    • gate बाद में बीच वाले हिस्से में बनाया गया
  • silicon में phosphorus डाला गया ताकि उन क्षेत्रों की conductivity बढ़े
    • industry में ion implantation भी इस्तेमाल होती है, लेकिन लागत और equipment size के कारण यहां उसका उपयोग नहीं किया गया
  • commercial product के बजाय खुद बनाया गया phosphorus doped spin-on glass इस्तेमाल किया गया
    • test sample में treatment से पहले multimeter से continuity जांचना मुश्किल था
    • treatment के बाद बहुत अधिक conductivity की पुष्टि हुई
    • नतीजा बहुत high-level doping के करीब था
  • वही solution मुख्य chip पर भी coat किया गया और तापमान धीरे-धीरे बढ़ाते हुए bake किया गया
    • इसका उद्देश्य solvent हटाना और cracks व stress से बचना था
  • synthesis process में थोड़ी glass precipitation हुई
    • बताया गया कि इसका ज्यादातर असर केवल दिखने तक सीमित था
    • अगली बार filtration से इसे हटाना बेहतर बताया गया
  • doping depth का अनुमान लगाने के लिए calculator बनाकर doping profile की modeling की गई
    • लक्ष्य और shallow profile हासिल करना था
  • इसके लिए 1,100°C पर 5 मिनट annealing के बाद HF से spin-on glass हटाया गया
    • फिर 1,000°C पर 10 मिनट drive-in annealing की गई

मध्य प्रक्रिया: gate oxide और contact

  • source और drain बनने के बाद transistor के gate region और capacitor region की प्रक्रिया की गई
    • glass layer अभी भी मौजूद होने के कारण फिर से liftoff resist और photoresist क्रम से लगाए गए
  • channel region को मौजूदा source और drain के बीच align करके बनाया गया
    • साथ ही transistor के ऊपर वाले charge storage capacitor region को भी align और expose किया गया
  • development के बाद HF से source और drain के बीच का बीच वाला oxide, और capacitor के पास वाला oxide हटाया गया
    • वहां की oxide layer बहुत मोटी थी, इसलिए उपयुक्त मोटाई वाला gate oxide और capacitor oxide चाहिए था
  • सबसे महत्वपूर्ण channel region की सफाई के लिए piranha clean किया गया
    • यह सतह से organics और ज्यादातर metals को बहुत आक्रामक तरीके से हटाने वाली cleaning है
  • फिर से furnace में रखकर gate और capacitor oxide उगाया गया
    • अधिक capacitance और बेहतर gate control के लिए पतला oxide लक्ष्य था
    • 950°C पर 38 मिनट की प्रक्रिया से 200 angstrom, यानी 20 nanometer oxide बनाया गया
    • device के बाहर वाले हिस्सों में मोटा oxide बनाए रखा गया
  • इसके बाद electrical connection के लिए oxide में चुनिंदा openings बनाने वाली contact cut प्रक्रिया की गई
    • LOR और photoresist को coat और bake किया गया
    • contact cut mask को align और expose करने के बाद छोटे openings बनाए गए
    • HF ने इन openings से silicon surface की glass layer हटाकर electrical connection path बनाया

अंतिम प्रक्रिया: metal deposition और device completion

  • अंतिम level पर transistor gate, electrical contacts, और capacitor electrode बनाने के लिए metal deposition किया गया
    • फिर से LOR और photoresist coat और bake करने के बाद final mask align और expose किया गया
  • जहां पहले की प्रक्रियाएं material हटाने पर केंद्रित थीं, इस चरण में photoresist openings को stencil की तरह इस्तेमाल किया गया
    • यह paint stencil जैसी ही अवधारणा है, जिसमें material केवल जरूरी जगहों पर बनता है
  • metal के रूप में aluminum इस्तेमाल किया गया
    • sputter system में argon metal target पर प्रहार करता है और metal atoms sample surface पर deposit होते हैं
    • sample के किनारे tape लगे कुछ हिस्सों को छोड़कर coating समान रूप से हुई
  • इसके बाद गर्म DMSO से photoresist हटाकर liftoff किया गया
    • metal मुड़कर अलग हुआ और केवल वांछित pattern बचा
  • microscope observation में transistor, capacitor और interconnects सहित पूरी DRAM array structure की पुष्टि हुई
    • cross-sectional structure भी शुरुआती concept diagram से मेल खाती थी
    • transistor current flow को नियंत्रित करता है और storage capacitor को charge करके data bit को संभाल सकता है

माप के नतीजे और सीमाएं

  • इनडोर test equipment और semiconductor parameter analyzer का उपयोग करके electrical characteristics का मूल्यांकन किया गया
    • nanoscale device होने के कारण सामान्य wires की जगह fine probe tips वाले micro-manipulator इस्तेमाल किए गए
  • transistor measurement में gate voltage के अनुसार अलग-अलग current curves देखी गईं
    • gate voltage के आधार पर लगभग zero current या ज्यादा current flow वाली switching characteristics मिलीं
    • RAM उपयोग के लिए बुनियादी on-off behavior ही पर्याप्त है
  • लेकिन सामान्य transistor की तरह current saturation नहीं दिखा, और high voltage पर current लगातार बढ़ता रहा
    • यह short channel effect का एक प्रकार, यानी punch through, था
    • source और drain के बीच की दूरी 1 micron से कम होने के कारण voltage बढ़ने पर दोनों क्षेत्र लगभग जुड़ जाते हैं
    • इससे current बढ़ता है और gate control घटता है
    • low voltage पर यह काम कर सकता है, लेकिन इससे miniaturization की कठिनाई भी सामने आई
  • capacitor को CV plotter से मापा गया
    • voltage बदलते हुए capacitance मापी गई
    • अधिकतम capacitance 12.3 pF दर्ज की गई
    • यह design के theoretical ideal value, लगभग 10 से कुछ अधिक pF, के काफी करीब थी
  • जब इसे एकल DRAM cell की तरह साथ में चलाया गया, तो transistor ने storage capacitor को कुछ सौ nanosecond में 3V तक charge किया
    • उसके बाद voltage समय के साथ धीरे-धीरे घटा
    • charge केवल 2ms से थोड़ा अधिक समय तक ही बना रहा
    • इसके बाद फिर से recharge करना पड़ा
  • commercial DRAM में 64ms से अधिक retention संभव होता है
    • इस design में कहीं अधिक frequent refresh की जरूरत है
  • बताया गया कि घर में RAM बनाना स्वयं में पहली बार किया गया है
    • अभी यह कुछ cells के स्तर पर working proof तक पहुंचा है
    • यह अभी उस स्तर पर नहीं है जहां PC पर Doom चलाया जा सके
  • अगला चरण cells को जोड़कर बड़ा array बनाना है
    • उसके बाद PC से जोड़ने की योजना है

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4 टिप्पणियां

 
cgl00 2026-04-23

RAM की कीमतें इतनी बढ़ गई हैं कि अब लगता है घर पर बनाकर ही इस्तेमाल करनी पड़ेगी ^^
 
GN⁺ 2026-04-22
Hacker News की राय
  • इसे देखकर अपने-आप यह मज़ाक सूझता है कि मैं सिर्फ़ free-range artisanal DRAM ही खरीदता हूँ
    • सोचें तो core memory सचमुच बुनी हुई मेमोरी थी। उसमें बुनाई और मोतियों जैसा काम भी शामिल था, और उससे जुड़ी बातें इस paper में भी देखी जा सकती हैं
    • सच कहूँ तो दिल के अंदर का engineering वाला बच्चा थोड़ा-बहुत ऐसा cleanroom ख़ुद बनाना चाहता ही है
    • वाकई लगता है कि ज़िंदा रहने का शानदार दौर है
    • मुझे तो grass-fed RAM वाले मज़ाक से ज़्यादा raw RAM वाला wordplay पसंद आया
    • यह मज़ाक भी काफ़ी मज़ेदार था कि मेरी DRAM तो RAM ranch से आती है
      • मैंने तो ऊपर से यह भी जोड़ दिया कि मैं अपनी RAM सीधे स्थानीय Amish से खरीदता हूँ
  • देखने से लगता है कि इस निर्माता ने open-source chip manufacturing tools के सेट HackerFab से प्रेरित होकर अपना सेट बनाया है। यह सचमुच शानदार प्रोजेक्ट है, इसलिए docs.hackerfab.org/home भी ज़रूर देखने लायक है
  • मैंने यह वीडियो कल देखा था और पोस्ट करूँ या नहीं, इस पर सोचा भी था, लेकिन पक्का नहीं था कि यह HN के लिए फिट बैठेगा या नहीं एक दूसरे वीडियो में वह एक साधारण backyard shed में cleanroom lab बनाते हुए दिखाता है, और वह सच में हैरान कर देने वाला था। backyard में positive pressure से particle count कम करना लगभग जादू जैसा लगा
    • यह सोचना ही मज़ेदार है कि shed में RAM cleanroom बनाने की बात "news for nerds" वाले Hacker News पर फिट बैठेगी या नहीं
    • अगर अभी तक नहीं देखा है, तो Indistinguishable From Magic: Manufacturing Modern Computer Chips ज़ोरदार सिफ़ारिश है वीडियो थोड़ा पुराना है, लेकिन इसका कोई सही modern equivalent मैंने अब तक नहीं देखा। मैंने इसे पहले HN पर कुछ बार पोस्ट किया था, भले बहुत बड़ा रिस्पॉन्स नहीं मिला, पर मुझे आज भी यह पूरी तरह दिमाग़ हिला देने वाला लगता है
    • मेरा मानना है कि जो चीज़ आपको ख़ुद दिलचस्प लगे, उसे पोस्ट करना चाहिए। उसके बाद voting system पर छोड़ देना चाहिए
    • सच में, यही वह तरह का कंटेंट है जो मैं यहाँ देखना चाहता हूँ
    • हाल में मैंने main page पर Bonsai trees पर भी पोस्ट देखी, और उसके मुकाबले घर पर RAM बनाना HN से कहीं ज़्यादा जुड़ा हुआ लगता है
  • मेरे दिमाग़ की भविष्य-रेखा कुछ ऐसी है। 1999 में हम flying cars का सपना देखते थे, 2024 में LLM की वजह से रोबोट्स की बात कर रहे हैं, और 2026 में आख़िरकार घर पर RAM बनाने का तरीका देख रहे हैं
    • फिर मज़ाक आता है कि 2027 में घर की बनी RAM से LLM अपग्रेड करके उससे flying car डिज़ाइन करवा लेंगे
    • यह कल्पना भी की जा सकती है कि 2027 तक just-in-time software और hardware साथ-साथ बनने लगेंगे
    • 2030 तक flying car असल में हथियारबंद drone बन जाएँगी और homefab शायद ग़ैरक़ानूनी हो जाएगा — ऐसा एक dystopian मज़ाक भी आया
  • यह शायद वह मतलब नहीं था जो लोग American manufacturing revival से निकाल रहे थे, इसलिए यह और मज़ेदार लगा
    • मज़ाक अलग, लेकिन अगर कोई अपने shed में private cleanroom बनाकर RAM तक बना सकता है, तो फिर कंपनियों के market entry को आख़िर क्या रोक रहा है, यह सोचने लायक है अगर आधिकारिक certification थोड़ी कम भी हो, तो भी अगर RAM सच में काम करे, तो मैं सस्ती RAM खरीदना चाहूँगा
    • अब हर backyard में एक semiconductor furnace होगा — ऐसा एक राजनीतिक व्यंग्य वाला मज़ाक भी आया
  • मैं इतना समझता हूँ कि capacitor में charge भरा जाता है, और क्योंकि वह leak होता है, इसलिए उसे समय-समय पर फिर से भरना पड़ता है लेकिन value को पढ़ते कैसे हैं, और refresh कैसे होता है, यह मुझे ठीक से नहीं पता। transistor भी अभी पूरी तरह समझ में नहीं आया, फिर भी यह वीडियो बहुत शानदार था
    • मेरी समझ से, charge पूरी तरह गायब होने से पहले उसकी मात्रा मापी जाती है मापने की प्रक्रिया में charge का कुछ हिस्सा निकल जाता है, इसलिए DRAM chip में value को वापस लिखने वाला circuit भी होता है। अगर 1 होना चाहिए तो फिर से charge किया जाता है, और 0 होना चाहिए तो discharge किया जाता है। refresh और सामान्य read लगभग एक जैसे होते हैं; फ़र्क बस इतना है कि सामान्य read में वही value output pins पर भी भेजी जाती है वीडियो में अभी capacitor और transistor की basic array ही दिखाई गई है, इसलिए read और rewrite circuitry शायद अगले वीडियो में आएगी
    • मेरे हिसाब से transistor को लगभग AND gate की तरह समझें तो कुछ पकड़ बनती है अगर source और gate की तरफ़ सही शर्तें हों, तो drain की तरफ़ charge जा सकता है। इसलिए capacitor के charge को दूसरे transistor से जोड़कर देखा जा सकता है कि वह बचा है या नहीं। drain की तरफ़ मिलने वाले signal से logic चलाया जा सकता है और अभी-अभी पढ़ने से कमज़ोर हुए capacitor को फिर से charge भी किया जा सकता है हालाँकि सख़्ती से कहें तो charge के बहाव की जगह reference ground के मुकाबले voltage के रूप में समझाना ज़्यादा सही है
    • DRAM कैसे काम करता है, इसके लिए Wikipedia के Principles of operation वाला विवरण काफ़ी अच्छा है असल बिंदु यह है कि storage capacitor के charge का थोड़ा हिस्सा जान-बूझकर निकालकर amplify किया जाता है, और उस amplify हुए charge का कुछ हिस्सा फिर storage में वापस feed कर दिया जाता है
    • transistor को समझने के लिए कुछ बुनियादी बातें पकड़ना काफ़ी है इंसुलेटर के बीच पास-पास रखे दो conductor मिलकर capacitor बनाते हैं, और charge की गई energy electric field में store होती है। और वही electric field field effect transistor के काम करने का मूल है अगर insulating layer काफ़ी पतली हो, तो leakage current होने लगता है, और nanometer scale पर individual electrons के tunneling तक को detect किया जा सकता है — यह काफ़ी दिलचस्प है
    • असली DRAM बहुत छोटे capacitors की बड़ी array और ऐसे switches से बना होता है जो एक समय में एक row को column wiring से जोड़ते हैं क्योंकि wiring की अपनी capacitance storage capacitor से भी ज़्यादा होती है, इसलिए पहले wiring को reference voltage पर precharge किया जाता है। फिर चुनी हुई row को जोड़ने पर capacitor का charge wiring में फैलता है और voltage में बहुत हल्का बदलाव आता है। उस सूक्ष्म बदलाव को sense amplifier 0 या 1 के रूप में बड़ा करके तय करता है, और उसी प्रक्रिया में जुड़े हुए capacitor का voltage फिर से restore भी हो जाता है, यानी refresh भी हो जाता है वीडियो में दिखाया गया 4x5 array शायद इसीलिए असली 64 Kbit DRAM की तुलना में सैकड़ों गुना बड़े capacitors का इस्तेमाल करता है, ताकि अगले भाग में chip के बाहर read circuitry बनाई जा सके
  • मुझे यह लाइन बहुत सटीक लगी: "अब DownloadMoreRAM नहीं है, बस backyard shed में कोई आदमी है" downloadmoreram.com
    • अगर Google Drive mount करके swap file वहाँ शिफ़्ट कर दें, तो तकनीकी रूप से भले पूरी तरह सही न हो, पर वैसा ही मज़ाक किया जा सकता है
    • अगर इसके साथ एक pricing page जोड़ दी जाए, तो शायद सच में लोग खरीद भी लें। ख़ासकर आजकल embedded LLM की वजह से RAM और CPU की मांग बहुत बढ़ गई है
    • मौजूदा memory prices को देखकर लगता है कि SoftRAM 95 जैसी चीज़ के लिए फिर से business opportunity आ सकती है
  • यह शख़्स इस बात का सबूत लगता है कि YouTube newcomers भी अगर सही niche ढूँढ लें, तो अब भी सफल हो सकते हैं
    • हाँ, शर्त बस यह है कि आपको shed में cleanroom खड़ा करने जितना असाधारण काम सच में करना पड़ेगा
    • आख़िरकार content creation का मूल हमेशा content itself ही रहा है। अगर आप कुछ अनोखा और डूबकर देखने लायक बनाते हैं, तो दर्शक आ ही जाते हैं
    • हालांकि यह देखकर जिज्ञासा होती है कि वीडियो मानो Patreon पर $10/month की सदस्यता की ओर lock किया गया हो, फिर भी उसके लगभग 329,611 views हैं — क्या सच में इससे महीने के 3 million dollars बनते हैं, या मामला इतना सीधा नहीं है
  • backyard semiconductor production कुछ-कुछ backyard barbecue जैसा लगा heat करना, smoke जैसा diffusion करना, inject करना, और layers चढ़ाना — यह तुलना काफ़ी सटीक लगी
  • इससे यह मज़ाक सूझता है कि बस यह बात OpenAI तक न पहुँचे। नहीं तो वह उस आदमी का सारा stock खरीद लेगी
    • फिर तो शायद वे पूरे अमेरिका के sheds भी पहले से lease पर ले लें
 
cronex 2026-04-23

लगता है टिप्पणियों में लोग lamb को लेकर शब्दों का खेल कर रहे हैं।
फ्री-रेंज DRAM, भेड़ फार्म, घास खिलाकर पाला गया, ताज़ा मांस वगैरह....
 
yangeok 2026-04-23

हाहाहाहा, ये लोग बड़े मज़ेदार हैं।