Seorang YouTuber membuktikan bahwa RAM memang bisa dibuat di rumah. Namun, proyek itu juga memperlihatkan betapa rumitnya membuat memori komputer dari nol, bahkan untuk chip eksperimental yang ukurannya sangat kecil.
Kreator tersebut, Dr. Semiconductor, tidak sekadar merakit komponen lalu memasangnya ke komputer. Ia justru harus membangun lingkungan kerja yang layak untuk fabrikasi semikonduktor, sesuatu yang biasanya hanya ditemukan di fasilitas industri bernilai miliaran.
Langkah paling awal saja sudah ekstrem. Ia mengubah gudang kebunnya menjadi ruang bersih Class 100, yang berarti hanya boleh ada maksimal 100 partikel berukuran 0,5 mikron atau lebih besar per kaki kubik.
Standar itu terdengar ketat, tetapi ternyata masih jauh lebih bersih daripada rumah biasa. Rumah umumnya mengandung sekitar 500.000 hingga 1 juta partikel per kaki kubik, sementara gudang kebun biasa kemungkinan lebih kotor lagi.
Kebersihan setingkat itu penting karena fitur kerja pada chip RAM berukuran mikroskopis. Satu debu yang tidak terlihat di meja kerja bisa merusak hasil fabrikasi.
Itulah alasan produsen semikonduktor komersial menghabiskan dana besar untuk membangun fab. Mereka harus mengendalikan debu, suhu, kelembapan, dan getaran dengan sangat presisi agar chip yang dihasilkan tetap berfungsi.
Chip kecil, proses besar
Proyek Dr. Semiconductor bukan membuat stik RAM penuh, apalagi chip memori komersial. Ia hanya berhasil membuat array 5 kali 4 yang terdiri dari 20 sel RAM.
Setiap sel memakai pasangan transistor dan kapasitor, sama seperti struktur dasar DRAM modern. DRAM sendiri adalah jenis RAM paling umum di perangkat masa kini karena memungkinkan sistem operasi dan aplikasi menyimpan serta mengakses data sementara dengan cepat.
Cara kerja DRAM terlihat sederhana, tetapi punya kelemahan mendasar. Kapasitor menyimpan muatan listrik sebagai 1 atau 0, sedangkan transistor bertindak sebagai gerbang baca-tulis, namun muatan itu bocor dan harus terus disegarkan.
Fabrikasi chip dimulai dari potongan wafer silikon yang dipotong memakai diamond scribe. Potongan itu kemudian dibersihkan dengan pelarut untuk menghilangkan residu organik dan kontaminasi permukaan.
Setelah itu, pekerjaan masuk ke ritme khas manufaktur semikonduktor: menumbuhkan atau menaruh lapisan, mempolanya, mengetsa, memodifikasi silikon, lalu mengulangi langkah yang sama. Untuk membentuk area aktif transistor, Dr. Semiconductor memakai doping fosfor, doped spin-on glass, dan pemanasan suhu tinggi agar atom dopan dapat berdifusi ke dalam silikon.
Photolithography dan logam kontak
Tahap berikutnya memakai photolithography untuk mendefinisikan struktur sangat kecil pada sel DRAM. Chip dilapisi photoresist, lalu diekspos dan dikembangkan sehingga sebagian area terlindungi sementara bagian lain terbuka untuk etching atau doping.
Aluminium kemudian dideposisikan untuk membuat kontak dan pelat kapasitor. Proses ini memakai sputtering system, teknik berbasis vakum yang menembakkan atom dari target logam ke permukaan chip.
Setelah itu, photoresist yang tersisa dibersihkan untuk menampilkan struktur akhir. Hasilnya memang masih jauh dari chip produksi massal, tetapi sudah menunjukkan bahwa sel DRAM bisa diwujudkan di laboratorium rumahan.
Pengujian yang tidak bisa dilakukan di motherboard
Pengujiannya juga tidak sesederhana memasang RAM ke komputer. Dr. Semiconductor harus menguji tiap struktur kecil satu per satu dengan alat yang jauh lebih sensitif daripada kabel biasa dan multimeter.
Ia memakai semiconductor parameter analyzer dan micro-manipulator dengan ujung probe yang sangat halus. Probe itu digunakan untuk menyentuh pad kontak tertentu, memberi tegangan, lalu mengukur respons transistor dan kapasitor buatan sendiri.
Hasilnya mengejutkan sekaligus membatasi. Sel-sel tersebut benar-benar bisa ditulis, diisi muatan, dan dibaca kembali, tetapi muatannya bocor jauh lebih cepat daripada memori komersial.
Sel buatannya perlu disegarkan sekitar setiap 2 milidetik, dibandingkan jendela refresh DRAM yang umum sekitar 64 milidetik. Artinya, sel itu harus disegarkan lebih dari 30 kali lebih sering.
Dengan kondisi seperti itu, RAM buatan rumah tersebut belum berguna untuk pemakaian harian. Meski begitu, Dr. Semiconductor kini berencana membuat array yang lebih besar agar bisa dihubungkan ke komputer, dan proyek itu sudah cukup untuk menunjukkan dua hal sekaligus: RAM memang bisa dibuat di rumah, tetapi pekerjaan itu sangat sulit.