المكان الوحيد الذي تعتمد عليه صناعة أشباه الموصلات في العالم

تُعد مدينة سبروس باين موطنًا لأنقى منجم كوارتز في العالم ، وشركة سيبلكو هي الشركة الرائدة في تكرير الكوارتز لصناعة أشباه الموصلات.

منطقة الأبلاش والصنوبر - هذه المنطقة ليست غنية؛ فمركز المدينة لا يضم سوى محطة قطار، وبضعة صفوف من المباني المبنية من الطوب الأحمر والمكونة من طابقين، ودار سينما مغلقة منذ زمن طويل. ومع ذلك، فإن الجبال المحيطة غنية بالمعادن المرغوبة، بعضها ذو قيمة للاستخدام الصناعي، وخاصة الكوارتز.

مع ذلك، وعلى عكس أي نوع آخر من الكوارتز على وجه الأرض، يحتوي خشب الصنوبر على أنقى أنواع الكوارتز الطبيعي. ويلعب هذا الترسيب الاستثنائي لجزيئات ثاني أكسيد السيليكون دورًا حاسمًا في إنتاج السيليكون المستخدم في تصنيع رقائق أشباه الموصلات.

قال غلوفر، وهو جيولوجي متقاعد أمضى عقودًا في البحث عن المعادن الثمينة في سفوح التلال والمنخفضات في سلاسل جبال الأبلاش وسبروس باين، ضاحكًا: "إنها صناعة بمليارات الدولارات هنا". وأضاف غلوفر لمجلة وايرد ضاحكًا: "لن تدرك ذلك وأنت تقود سيارتك هنا، وربما لن تدركه أبدًا".

مجمع مصانع سيبلكو في سبروس باين. الصورة: سيبلكو — مجمع مصانع سيبلكو في سبروس باين. الصورة: *سيبلكو*

في القرن الحادي والعشرين، ازدادت أهمية الرمال أكثر من أي وقت مضى، لا سيما في صناعة أشباه الموصلات. يتكون معظم رمال العالم من الكوارتز، وهو شكل من أشكال ثاني أكسيد السيليكون، المعروف أيضاً باسم السيليكا. تُعد جزيئات ثاني أكسيد السيليكون عالية النقاء مواد خام أساسية لتصنيع رقائق الكمبيوتر، وكابلات الألياف الضوئية، وغيرها من الأجهزة عالية التقنية. صحيح أن كمية الكوارتز المستخدمة في هذه المنتجات ضئيلة مقارنةً بكميات الكوارتز الهائلة المستخدمة لتحسين الخرسانة أو التربة، إلا أن تأثيرها لا يُقدّر بثمن في العصر الرقمي.

يُعدّ استخلاص الكوارتز النقي عملية بالغة الصعوبة، إلا أن منطقة سبروس باين تتمتع بوفرة هائلة من أنقى أنواع الكوارتز في العالم. ويعود ذلك إلى تاريخ جيولوجي فريد؛ فقبل حوالي 380 مليون سنة، تسببت الحركات الجيولوجية بين قارتي أفريقيا والأمريكتين في احتكاكٍ مصحوب بدرجات حرارة تجاوزت 2000 درجة مئوية، مما أدى إلى انصهار طبقات صخرية تُعرف باسم البغماتيت. وبعد مئة عام، بردت هذه الصخور المنصهرة، المدفونة في أعماق الأرض، وأعادت التبلور. ومن خلال النشاط الجيولوجي، بدأت بالصعود إلى السطح.

لسنوات طويلة، استخرج السكان المحليون البغماتيت، وقاموا بسحقه باستخدام أدوات يدوية أو آلات بدائية، وفصلوا الفلسبار والميكا لاستخدامهما، بينما كان يُنظر إلى الكوارتز على أنه "خردة"، لا يصلح إلا لرمل البناء أو يُتخلص منه. ومع ذلك، في منتصف خمسينيات القرن الماضي، وعلى بعد آلاف الأميال من ولاية كارولينا الشمالية، بدأت مجموعة من المهندسين في كاليفورنيا أبحاثًا حول الكوارتز النقي لاستخدامه في أشباه الموصلات.

في ذلك الوقت، كان سوق الترانزستورات يشهد نموًا متسارعًا. وبدأت شركات مثل تكساس إنسترومنتس وموتورولا وغيرها سباقًا محمومًا لإنتاج ترانزستورات أصغر حجمًا وأكثر كفاءة لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر. ومن بين المواد المستخدمة في صناعة الترانزستورات الجرمانيوم والسيليكون.

تستخرج شركة سيبلكو خام الكوارتز في سبروس باين. الصورة: سيبلكو — تستخرج شركة سيبلكو خام الكوارتز في سبروس باين. الصورة: *سيبلكو*

حدث الإنجاز الكبير عام 1959، عندما اكتشف روبرت نويس وزملاؤه في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات طريقةً لحشر العديد من الترانزستورات في قطعة من السيليكون عالي النقاء بحجم ظفر الإصبع. اختارت وكالة ناسا رقائق فيرتشايلد الدقيقة لاستخدامها في برامج استكشاف الفضاء، ومنذ ذلك الحين، شهدت مبيعات الشركة من الرقائق ارتفاعًا هائلًا.

يُعدّ تصنيع هذه الرقائق عملية بالغة التعقيد. فهي تتطلب أساسًا سيليكونًا نقيًا، لأنّ أدنى شوائب ستفسدها تمامًا. يُعدّ السيليكون سهل الاستخراج لكونه من أكثر العناصر وفرةً على سطح الأرض، إلا أنّه يتطلّب خطوات استخلاص عديدة. استخدام الكوارتز النقي من شأنه أن يُقلّل الوقت والتكلفة بشكل ملحوظ.

عادةً، يُسخّن الرمل في فرن كهربائي بدرجات حرارة عالية لإحداث تفاعل كيميائي يزيل معظم الأكسجين، مُحتفظًا بالسيليكون النقي بنسبة 99%. مع ذلك، هذا غير كافٍ. يجب أن يكون السيليكون المستخدم في الألواح الشمسية نقيًا بنسبة 99.999999%، أما بالنسبة لرقائق الكمبيوتر، فالمتطلبات أكثر صرامة، إذ تصل إلى 99.99999999999%. لكن مع الكوارتز المستخرج من شجرة التنوب والصنوبر، يمكن أن تصل النقاوة إلى 99.998%، أو حتى 99.9992%، وهو عامل يُقلل بشكل كبير من تكلفة إزالة الشوائب.

الكوارتز بعد التكرير. الصورة: سيبلكو — الكوارتز بعد التكرير. الصورة: *سيبلكو*

لكن حتى مع وجود الكوارتز النقي، لا يستطيع الجميع تكرير السيليكون النقي. يقول البروفيسور إيثان موليك، خبير أبحاث الذكاء الاصطناعي وأشباه الموصلات في كلية وارتون للأعمال بجامعة بنسلفانيا، لموقع تومز هاردوير : "يرتكز الاقتصاد الحديث على طريق واحد في سبروس باين، يؤدي إلى منشآت شركة سيبلكو أمريكا الشمالية، وهي شركة تستخرج وتكرير الكوارتز فائق النقاء".

وتزعم شركة سيبلكو على موقعها الإلكتروني أنها "المورد الوحيد للكوارتز المستخدم في تكرير رقائق السيليكون في صناعة الرقائق". ومع ذلك، فإن وجود الشركة ليس معروفًا على نطاق واسع مثل شركات TSMC أو Intel أو ASML أو Samsung في صناعة أشباه الموصلات.

يعتقد بعض الخبراء أن هيمنة شركة سيبلكو تتجلى في حقيقة أن الكوارتز المنصهر الذي تنتجه يوفر خصائص بصرية وميكانيكية وحرارية "ممتازة" لإنتاج أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية في الألواح الشمسية والألياف البصرية في كابلات الاتصالات.

بحسب موليك، فإن أهمية شركة سيبلكو تحديداً، وشركة سبروس باين عموماً، هائلة. ويستشهد بكتاب كونواي "العالم المادي" المنشور على موقع X بتاريخ 24 مارس، ليؤكد أن "صناعة رقائق الكمبيوتر ستنتهي" إذا ما حدث مكروه في سبروس باين أو في السماء فوقها.

وأضاف موليك: "بغض النظر عن السبب، فإن أي إغلاق مفاجئ أو تعطل في عمليات تعدين الكوارتز في سبروس باين يمكن أن يتسبب في حادثة "كارثية للغاية"، مما قد يؤدي إلى إبطاء قطاع تصنيع الرقائق لسنوات".

باو لام

رابط المصدر