Hacker-Fab-Technik
(docs.hackerfab.org)- Um den Zugang zu teuren Nanofertigungsgeräten zu erleichtern, ist Hacker Fab ein Projekt zum Aufbau von DIY-Nanofertigungswerkzeugen und replizierbaren Open-Source-Fabs
- Stand März 2026 wurden 7 Hacker Fabs gegründet, und zentrale Fab-Werkzeuge sowie die damit entwickelte Geräte- und Prozessentwicklung sind dokumentiert, wodurch eine Grundlage für die Verbreitung geschaffen wurde
- Beiträge sind auch möglich, ohne eine komplette Fab selbst zu bauen, und auch ohne vorherige Nanofertigungserfahrung kann man sich über Discord und Gitbook/GitHub an Dokumentation, Korrekturen und Projektarbeit beteiligen
- Die Dokumentationsseite sammelt die Materialien, die nötig sind, um einen leeren Raum innerhalb weniger Monate in einen Bereich zur Herstellung einfacher ICs zu verwandeln, und verweist für den aktuellen Fortschritt auf Discord
- Die Lizenzen bestehen aus CERN-OHL-W für Hardware, MPL v2.0 für Software und CC BY-SA 4.0 für Dokumentation; abhängig von der Herkunft einzelner Beiträge können zusätzliche NOTICE-Dateien beigefügt sein
Ziel und aktueller Stand von Hacker Fab
- Hacker Fab ist ein Projekt, das DIY-Versionen aller Nanofertigungswerkzeuge erstellen und diese als kollaborative Open-Source-Hardware veröffentlichen will
- Nanofertigungslabore haben hohe Kosten und Zugangshürden, sodass selbst STEM-Studierende an renommierten Institutionen Schwierigkeiten haben können, Geräte ausreichend zu nutzen
- Ausgangspunkt ist die Überzeugung: Wenn Chips die Welt antreiben, muss auch der Zugang zu den Werkzeugen, mit denen Chips hergestellt werden, breiter werden
- Benötigt werden günstige, Open-Source-basierte und leicht replizierbare Nanofertigungswerkzeuge sowie Labore auf der ganzen Welt, die diese tatsächlich bauen und nutzen
- Stand März 2026:
- 7 Hacker Fabs wurden gegründet
- Weitere Hacker Fabs sind in Arbeit
- Mehrere zentrale Open-Source-Fab-Werkzeuge wurden gebaut, dokumentiert und repliziert
- Auch die mit diesen Werkzeugen entwickelte Geräte- und Prozessentwicklung wurde dokumentiert
- Das Projekt wird von einer verteilten Community aus Beitragenden getragen und kann nur mit mehr Beteiligung wachsen
Wege zur Beteiligung und Dokumentationspflege
- Die Kommunikation läuft über Discord
- Man kann auch beitragen, ohne eine komplette Fab zu bauen, und selbst ohne vorherige Nanofertigungserfahrung sinnvolle Aufgaben übernehmen
- So fügt man Arbeiten in Gitbook hinzu:
- Auf den Button „contribute“ klicken
- Für ein neues Projekt eine neue Seite anlegen; bestehende Arbeiten auf vorhandenen Seiten bearbeiten oder ergänzen
- Arbeitsdokumente wie Google Docs können als gezippte
.html-Datei heruntergeladen und direkt in eine neue Gitbook-Seite importiert werden, wobei der Großteil von Inhalt und Formatierung erhalten bleibt - Eine Merge Request einreichen und Jay Kunselman sowie Alexander Hakim als Reviewer auswählen
- Danach erhält man entweder eine Freigabenachricht oder eine Nachricht mit Änderungswünschen
- Die Dokumentationsseite ist das Zuhause der geteilten Unterlagen und soll genügend Material bieten, um einen leeren Raum innerhalb weniger Monate in eine Produktionsumgebung für einfache ICs zu verwandeln
- Viele Seiten sind noch in Arbeit, und Fortschrittsnotizen einzelner Beitragender können noch in Google Drive, Notion oder anderswo liegen
- Oben auf jeder Seite findet sich ein Link zu diesen Notizen
- Solche Notizen werden so schnell wie möglich nach Gitbook übertragen
- Mit einem kostenlosen Gitbook-Konto können Änderungsanfragen eingereicht werden; das gesamte Material liegt auf GitHub und wird in Gitbook lesefreundlich formatiert
- Direktes Beitragen über GitHub ist ebenfalls möglich
Bauwerkzeuge und Kosten des Fab-Toolkits
- Werkzeuge für Patterning, Abscheidung und Bearbeitung:
- Lithography Stepper V2: Baukosten $3,015, SOP verfügbar, Carnegie Mellon
- Vacuum Spin Coater V1: Baukosten $200, SOP verfügbar, Carnegie Mellon
- RF Sputtering Chamber: Bau der Chamber + Magnetron $1,000, Bau des Power Supply $1,000, Kauf von Komponenten für die Dual-Gas-Versorgung $5,000, Kauf von Pumpsystem + Messgerät $11,400, Carnegie Mellon
- Thermal Evaporator V1: in Arbeit, Baukosten $15,000, SOP verfügbar, Carnegie Mellon
- Tube Furnace V1: in Arbeit, Baukosten $200, SOP verfügbar, Projects in Flight
- Plasma Etcher: Kaufpreis $17,400, SOP verfügbar, Plasma Etch PE-25
- Hot Plate: Kaufpreis $125
- 3-Axis Piezo Nanopositioner: Baukosten $500
- Electroless Plating: Baukosten $500
- Werkzeuge für Verifikation und Messtechnik:
- Probe Station V1: Kaufpreis $15,800, SOP verfügbar
- DIY SMU: Kaufpreis $800, SOP verfügbar
- Optical Spectrometer
- Kategorien chemischer Materialien:
- Photoresists + Developers
- Dielectrics
- Conductors
- Etchants
- Dopant Sources
Hintergrund und Lizenzstruktur
- Hacker Fab wurde von Sam Zeloof inspiriert
- Das Projekt wurde an der Carnegie Mellon University von Elio Bourcart, Alexander Hakim und Sam Zeloof gestartet; die Unterstützung der CMU-ECE-Abteilung beschleunigte das frühe Wachstum
- Das erste Hacker Fab @ CMU wird derzeit von Matthew Moneck, Tathagata Srimani und Jay Kunselman betreut
- Grundlegender Lizenz-Stack:
- Hardware: CERN-OHL-W
- Wenn HDL-Dateien unter CERN-OHL-W veröffentlicht werden und jemand diese Dateien in einem FPGA nutzt und den Bitstream verteilt, muss nicht das gesamte übrige HDL-Design unter CERN-OHL-W offengelegt werden
- Software: MPL v2.0
- Das dateibasierte Copyleft von MPL soll das Teilen von Code-Änderungen fördern und zugleich die Kombination mit anderem Open-Source- oder proprietär lizenziertem Code mit minimalen Einschränkungen ermöglichen
- Dokumentation: CC BY-SA 4.0
- Mit Namensnennung darf das Material in jedem Medium oder Format verbreitet, remixt, bearbeitet und weiterverwendet werden; auch kommerzielle Nutzung ist erlaubt
- Remixtes, bearbeitetes oder darauf aufbauendes Material muss unter denselben Bedingungen lizenziert werden
- Hardware: CERN-OHL-W
1 Kommentare
Meinungen auf Hacker News
Als 3D-Druck aufkam, hoffte ich, dass Hobbyisten vielleicht zur IC-Fertigung mit großen Strukturbreiten übergehen könnten.
Ich dachte, selbst wenn man in der Garage keinen 4-nm-Prozess hinbekommt, wären vielleicht etwa ~10 µm möglich. Aber je mehr ich über IC-Fertigung las, desto mehr wirkte selbst das wie ein ferner Traum.
Ich stellte mir elegante moderne Technik vor: Laser, die Rillen ziehen, und Druckköpfe, die Leiterbahnen und Dotierungen präzise aufbringen. Die Realität ist aber viel chaotischer.
In jedem Schritt kommen gefährliche und giftige Chemikalien vor, und ein Staubkorn an der falschen Stelle kann Reagenzreaktionen kaskadenartig ruinieren oder physische Defekte verursachen.
Es ist erfreulich, dass hier an Hobby-Fertigung gearbeitet wird, aber zwischen den sauberen Linien in Magic und glänzenden Silizium-Wafern klafft eine riesige Lücke, die nicht von Elektroingenieuren oder Software Engineers beherrscht wird, sondern von Materialwissenschaftlern.
Ein Jahr bevor ich meinen VLSI-Kurs belegte, verkaufte unsere Universität die gesamte Fertigungsausrüstung an eine andere Uni; ursprünglich gehörte zu diesem Kurs ein praktisches Labor.
Ich würde der Bezeichnung der IC-Fertigung als „dunkle Kunst“ widersprechen. In der Technik gibt es keine Magie; es ist eine Fähigkeit, die wie andere Ingenieurdisziplinen Ausbildung, Erfahrung und Fachwissen erfordert.
Da sie aber die physische Welt betrifft, sind Kosten und Risiken unmittelbarer als bei Software.
Dass es bei der IC-Fertigung praktisch keine Hobbyisten-Stufe gibt, kann Leute verwirren. Sobald man über Spielzeugniveau hinausgeht, braucht man nicht nur Ausrüstung, Rohmaterialien und einen Reinraum, sondern auch mehrere Personen und unterstützendes Personal.
Unser Uni-Labor wurde auch deshalb geschlossen, weil Doktoranden, PhD-Studierende und Professoren gingen und es für Forschungseinrichtungen immer schwieriger wurde, Wafer zu beschaffen, die tatsächlich nutzbar waren.
Soweit ich mich erinnere, schaffte es nur das vorletzte Projekt bis zum Tape-out und zur Fertigung, und wegen Zeitbeschränkungen war die Ausbeute miserabel.
Der komplexeste Teil der Halbleiterfertigung besteht darin, mittels statistischer Prozesskontrolle auf Basis großer Stichprobenumfänge die optimale Reaktion zu bestimmen.
Deshalb kann es schon schwierig sein, überhaupt eine moderne Produktionslinie neu aufzusetzen, wenn man nicht bereits eine laufende Produktionslinie hat.
Geeignete „Hyperparameter“ für Belichtungsanlagen zu finden, lässt LLM-Training wie ein Tutorial aussehen.
Dieses ganze System zu bootstrappen erforderte über Jahrzehnte hinweg menschliches Eingreifen und eine sehr vorsichtige Übergabe an die Automatisierung.
Er erfüllt den Bedarf an schnellem Prototyping.
Heute ätzt kaum noch jemand seine PCBs selbst, weil es zu schnell und zu billig geworden ist.
Es fehlte der Anreiz, mehr als 10.000 Dollar auszugeben, um ein 6-Cent-Teil herzustellen; daher konnte sich eine DIY-IC-Fertigungsbewegung kaum ausreichend entwickeln.
Es gibt auch organische Halbleiter-TFTs, bei denen Schichten bei niedrigen Temperaturen und mit Flüssigchemie abgeschieden werden.
Das tiefere Problem ist, dass es nur sehr wenige Situationen gibt, in denen man einen kundenspezifischen Chip braucht, der sich nicht mit Standardbauteilen oder FPGAs lösen lässt; und selbst wenn der Zugang zu Fabs billiger würde, hätten nur sehr wenige Leute die Expertise, damit interessante Ergebnisse zu erzielen.
Trotzdem lohnt sich ein Blick auf tiny tapeout.
Es scheint, als hätte niemand Elektronenstrahl-Lithografie erwähnt, aber Hobbyisten haben das bereits gemacht[1].
Elektronenstrahl-Lithografie wird seit den 1970ern verwendet, und weil sie langsam ist, könnte die Herstellung einer einzigen CPU einen Tag dauern.
Deshalb wird sie nicht für Massenproduktion eingesetzt, funktioniert aber gut als Prototyping-Verfahren.
Ein Elektronenstrahlsystem ist im Grunde ein leistungsfähigeres Rasterelektronenmikroskop. Es hat eine Vakuumkammer, Fokussier- und Ablenkeinrichtungen für den Elektronenstrahl ähnlich wie in einer CRT, Steuerungstechnik und wird natürlich per Computer gesteuert.
Ein Vorteil ist, dass die Software Nichtlinearitäten beim Scannen korrigieren kann und man mit niedriger Leistung scannen kann, um das zu inspizieren, was man geschrieben hat.
Dennoch braucht man Beschichten und Ätzen, es ist also kein vollständig trockener Prozess; der Strahl belichtet lediglich den Fotolack.
Die Anlage ist etwa schreibtischgroß; ein Beispiel für eine Anlage der CMU findet sich unter [2]. Viele Universitäten haben solche Geräte.
[1] https://hackaday.com/2024/08/06/creating-1%c2%b5m-features-t...
[2] https://nanofab.ece.cmu.edu/facilities-equipment/fei-sirion....
Ich befürworte es, den Zugang zu einfachen Fertigungstechniken zu demokratisieren, habe aber einige Bedenken, wenn Hobbyisten hier einsteigen.
Eine offensichtliche Gefahr ist, dass man HF nicht vermeiden kann, und das ist so gefährlich, dass es tödlich sein kann.
Trotzdem ist das nicht meine größte Sorge, denn Menschen können vernünftige Entscheidungen treffen, um Risiken zu reduzieren, und letztlich kann jeder sein eigenes Risikoniveau festlegen.
Mehr Sorgen macht mir SF6, das beim reaktiven Ionenätzen verwendet wird. Sein Treibhauspotenzial pro kg liegt mehr als 24.000-mal höher als das von CO2.
Wenn es in der Plasmakammer vollständig zerlegt wird oder es wie in industriellen Fabs Abgas-Scrubber gibt, ist das in Ordnung; Hobbyisten werden jedoch ziemlich viel unverändertes SF6 ablassen und spülen.
Das ist ökologisch nahezu katastrophal, und manche Dinge sollte man besser nicht zu Hause machen.
Ich nehme an, dass der traumhafte primäre Wert von so etwas darin liegt, dass Einzelpersonen Chips selbst herstellen können.
Wie beim 3D-Druck ginge es darum, Prototypen schnell zu iterieren; sobald ein Design fertig ist, würde man es dann auf traditionelle Weise bei einem der großen Anbieter fertigen lassen.
Wenn diese Annahme stimmt: Worin wäre das besser als ein FPGA?
Trotzdem ist es an sich schon cool, eigene Chip-Fertigungsanlagen zu bauen.
Ich möchte einen Chip für DNA-Synthese bauen; der muss physischen Kontakt mit der realen Welt haben und braucht Elektroden.
Strom aus der Schaltung verursacht lokale pH-Änderungen, mit denen sich biologische Reaktionen präzise steuern lassen.
Ein FPGA kann solche Analogaufgaben nicht erledigen.
Das wirkt wie eine Annahme, die einen erheblichen Teil des persönlichen Interesses ausblendet.
Es ist ähnlich, als würde man sagen, man könne doch einfach PCBs bestellen. Die Grenzkosten für 1.000 PCBs sind inzwischen niedrig genug, aber wie sieht es bei nur 5 oder 1 Stück aus?
Nicht jeder betrachtet sein Hobby als geschäftliche Investition. Projekte werden auch nicht immer mit einem verkaufbaren Produkt im Hinterkopf gemacht.
Viele Menschen wollen nur Ideen testen, Spaß haben, den eigenen Bedarf decken und etwas in die Existenz bringen, nicht es verkaufen.
Für mich liegt der Kernwert einer Home-Fab darin, bei Bedarf einen Chip für eine bestimmte Aufgabe oder sehr kleine Stückzahlen herstellen zu können.
Von einem 10-µm-Chip zu einer kommerziellen Fab zu wechseln, ist völlig unrealistisch.
Das sieht sehr interessant aus, und ich hoffe, dass Low-Cost-Prototyping auch in die IC-Entwicklung kommt.
Der Vergleich mit 3D-Druck passt aber nicht; das viel nähere Beispiel sind PCBs.
PCBs kann man auch selbst herstellen, aber durch Massenproduktion in China und Anbieter für Sammelbestellungen sind sie so billig geworden, dass man das kaum noch tun muss.
Ich frage mich, ob bei kostengünstigem IC-Prototyping nicht noch mehr möglich ist.
Die feste Infrastruktur, also der Bau einer Fab, muss nicht unbedingt das Problem sein. Es gibt schließlich Produktionskapazitäten, um günstige Chips in großen Mengen herzustellen, daher ist ein zusätzlicher Wafer womöglich nicht der kostentreibende Faktor.
Es gibt auch Multi-Project-Wafer ähnlich wie PCB-Sammelbestellungen, aber nach meinem Verständnis ist die derzeit harte Kostengrenze die NRE für die Erstellung eines Maskensatzes, die bei Prototypenfertigung nicht über ausreichende Stückzahlen amortisiert wird.
Deshalb wäre der Bereich, in dem ich Fortschritte sehen möchte, günstigere Masken oder weniger Masken.
Professionelle PCB-Designsoftware bekommt man für ein paar Tausend Dollar pro Jahr, und das Open-Source-Tool KiCad ist ziemlich brauchbar.
Professionelle IC-Designsoftware kostet dagegen Hunderttausende Dollar pro Jahr, und die konkurrierenden Open-Source-Tools sind im Vergleich kaum benutzbar.
Trotzdem ist die Hoffnung dieselbe: Schon ein kleines Stück Demokratisierung des IC-Designs würde der Hardwareentwicklung enorm helfen.
Die Turnaround-Zeit von DIY ist unschlagbar, aber alle Verfahren, die ich bisher gesehen habe, hatten Aspekte, die mir nicht gefielen.
Faserlaser könnten eine Ausnahme sein, aber damit kenne ich mich nicht gut aus.
Um so ein Hacker Lab aufzubauen, scheint allein die Hardwareausrüstung etwas über 50.000 Dollar zu kosten.
Ich hoffe, die Kosten sinken bald weiter.
Ich hoffe, dass dieser Versuch gelingt, weiß aber nicht genau, welche Fallstricke es gibt.
Selbst kleine Produktionsmengen dürften über 50.000 Dollar liegen, aber ich habe keinen Vergleichsmaßstab.
Aus Sicht eines Halbleiterexperten ist der Ansatz, bestehende Halbleiterprozesse zu verkleinern, nicht der richtige.
Sie sind zu komplex.
Man braucht neue Werkzeuge, die auf Reagenzien-Einfachheit optimiert sind, damit man Dinge wie giftige Photoresists und Entwickler oder tödliche Plasmagase nicht verwenden muss.
Oder, falls solche Schritte nötig sind, sollten sie vom lokalen Lab getrennt werden können.
Zum Beispiel kann man mit Oxid oder Metall beschichtete Siliziumwafer schon heute einfach kaufen.
Man hätte ein Meer aus NAND-Gattern, das nur auf die Metallschichten wartet, und die Verdrahtung könnte man mit FIB und Isolation erledigen.
Lange bevor DIY-ASICs Realität werden, werden große Fabs billigere und einfachere Shuttle-Services anbieten.
Ich hoffe, dass es gelingt, aber Strukturen im Mikro-/Nanomaßstab mit Maschinen in Menschengröße herzustellen, war schon immer schwierig, selbst für Leute mit deutlich besserer Finanzierung als Hobbyisten.
Kürzlich habe ich von DNA-gesteuertem Kristallwachstum erfahren, und mich fasziniert der Gedanke, dass das ein handhabbarerer Ansatz sein könnte, wenn große Wesen kleine Dinge herstellen wollen, etwa integrierte Schaltungen.
Ich weiß nicht, wie man das in einer Garage umsetzen könnte, aber es scheint vorteilhaft, die Schritte, die präzise Kontrolle erfordern, nicht in Maschinen, sondern in Chemikalien zu programmieren.
Wir brauchen wirklich Methoden, solche Nanogeräte ohne Lithografie herzustellen.
Wenn man mit etwas wie DNA Informationen auf eine Oberfläche überträgt, wirkt es umso einfacher, effektiver und robuster, je kleiner und breiter es skaliert.
Bei jeder Technologie wird Messtechnik zum dominierenden Problemfeld, weil man am Ende beantworten muss: „Woher bekommt man wiederholbare Präzision?“
Es gibt zwar Low-Volume-Lab-Prozesse, die Strukturbreiten unter 234 nm erreichen können, aber den Reinraum muss man als Teil der Maschine betrachten.
Herauszufinden, wie man Atmosphäre und Gas-Massenflussregelung aufrechterhält, kann Jahre dauern.
Von der Community entworfene Hardware zu verkaufen, ohne die ursprünglichen Hobbyisten zu nennen, ist ziemlich dreist.
Nichts von dem, was gepostet wurde, wirkt neu oder innovativ.
Kostengünstige IC-Entwicklung zu Hause ist für die Landwirtschaft unbedingt nötig
Wenn man an heutige und künftige Landmaschinen denkt, sind sie digitalisiert, und man sollte ihnen die Fähigkeit geben, sich selbst zu reparieren und umzubauen.
Man wird für unter 2 Dollar wohl keinen Chip bauen können, der leistungsfähiger ist als ein ESP32. Wie soll es da helfen, ICs selbst herzustellen?
Oder man sollte die Höchstgeschwindigkeit eines Fahrzeugs ändern können, ohne zum Servicecenter zu gehen und 300 bis 500 Dollar zu zahlen.
Ich verstehe nicht, warum man über kostengünstige IC-Entwicklung zu Hause spricht, wenn man Landwirten nicht einmal so etwas erlaubt.
Leider ist das ein Schritt in die richtige Richtung, aber bis zum Ziel ist es noch weit.
Landwirte haben keine 50.000 Dollar übrig, um in der Scheune eine Hobby-IC-Fab aufzubauen.
Das Problem hier ist nicht die Herstellung von Chips.
Ein sehr interessantes Projekt, aber die Stelle „wir kommunizieren komplett über Discord“ stört mich.
Das ist ein Walled Garden mit schwer durchsuchbaren Inhalten; ich verstehe nicht, warum man so etwas für etwas nutzt, das wie ein DIY-Vorhaben im Stil von Open Source wirkt.