المكان الوحيد الذي تعتمد عليه صناعة أشباه الموصلات في العالم

تعد مدينة Spruce Pine موطنًا لأنقى مناجم الكوارتز في العالم ، وشركة Sibelco هي الشركة التي تقوم بتكرير أجود أنواع الكوارتز لصناعة أشباه الموصلات.

جبال الأبالاش وشجر التنوب والصنوبر - هذه الأرض ليست غنية، فوسط المدينة لا يضم سوى محطة قطار، وبعض المنازل المبنية من الطوب من طابقين، ودار سينما مغلقة منذ زمن طويل. مع ذلك، فإن الجبال المحيطة غنية بالمعادن المرغوبة، بعضها ذو قيمة للاستخدام الصناعي، وخاصةً الكوارتز.

على عكس أي كوارتز آخر على وجه الأرض، يتميز خشب التنوب والصنوبر بأنقى أنواع الكوارتز الطبيعي. ويلعب هذا الترسيب الفائق لجزيئات ثاني أكسيد السيليكون دورًا حيويًا في إنتاج السيليكون المستخدم في صناعة رقائق أشباه الموصلات.

قال غلوفر، الجيولوجي المتقاعد الذي أمضى عقودًا في البحث عن المعادن الثمينة في سفوح ووديان جبال الأبلاش وسبروس باين، لمجلة وايرد ضاحكًا: "إنها صناعة بمليارات الدولارات هنا. لن تدرك ذلك من خلال مرورك هنا، وربما لن تدركه أبدًا".

مجمع مصانع سيبلكو في سبروس باين. الصورة: سيبلكو

في القرن الحادي والعشرين، ازدادت أهمية الرمل أكثر من أي وقت مضى، لا سيما في صناعة أشباه الموصلات. يتكون معظم رمل العالم من الكوارتز، وهو أحد أشكال ثاني أكسيد السيليكون، المعروف أيضًا باسم السيليكا. تُعد جزيئات ثاني أكسيد السيليكون عالية النقاء مادة خام أساسية لصنع رقائق الكمبيوتر، وكابلات الألياف الضوئية، وغيرها من الأجهزة عالية التقنية. تُعتبر كمية الكوارتز المستخدمة في هذه المنتجات ضئيلة مقارنةً بكميات الكوارتز الهائلة المستخدمة في تحسين الخرسانة أو التربة. لكن تأثيره لا يُحصى في العصر الرقمي.

يُعدّ تنقية الكوارتز النقي أمرًا بالغ الصعوبة، لكنّ منطقة سبروس باين تزخر برواسب كوارتز ضخمة، وتُعتبر أنقى أنواع الكوارتز في العالم. وهي ثمرة تاريخ جيولوجي فريد، فقبل حوالي 380 مليون سنة، أحدثت الحركات الجيولوجية بين القارة الأفريقية والأمريكيتين احتكاكًا بدرجات حرارة تجاوزت 2000 درجة مئوية، مما تسبب في ذوبان طبقات من الصخور، تُسمى البيغماتيت. بعد 100 عام، بردت هذه الصخور المنصهرة المدفونة في أعماق الأرض وأُعيد تبلورها. ومن خلال الأنشطة الجيولوجية، بدأت هذه الصخور بالصعود إلى السطح.

لسنوات، استخرج السكان المحليون البيغماتيت، وسحقوه بأدوات يدوية أو آلات بدائية، وفصلوا الفلسبار والميكا للاستخدام، تاركين الكوارتز "نفايات"، صالحة فقط لرمال البناء أو تُرمى. ولكن في منتصف خمسينيات القرن الماضي، على بُعد آلاف الأميال في ولاية كارولينا الشمالية، بدأت مجموعة من المهندسين في كاليفورنيا أبحاثًا عن الكوارتز النقي لأشباه الموصلات.

في ذلك الوقت، كان سوق الترانزستور يشهد ازدهارًا سريعًا. وتسابقت شركات مثل تكساس إنسترومنتس وموتورولا وشركات أخرى لإنتاج ترانزستورات أصغر وأكثر كفاءةً لاستخدامها في الحواسيب. ومن بين المواد المستخدمة في الترانزستورات الجرمانيوم والسيليكون.

سيبلكو تستخرج خام الكوارتز من سبروس باين. الصورة: سيبلكو

حدث الاختراق عام ١٩٥٩، عندما اكتشف روبرت نويس وزملاؤه في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات كيفية حشر ترانزستورات متعددة على قطعة من السيليكون عالي النقاء بحجم ظفر الإصبع. اختارت ناسا رقائق فيرتشايلد الدقيقة لاستخدامها في برنامجها الفضائي، ومن ثم نمت مبيعات الشركة من الرقائق بسرعة.

تصنيع هذه الرقائق عملية معقدة للغاية. فهي تتطلب أساسًا سيليكونًا نقيًا، لأن أدنى شوائبه قد تُفسد كل شيء. السيليكون متوفر بسهولة لكونه من أكثر العناصر وفرةً على الأرض، إلا أنه يتطلب استخلاصًا مكثفًا. استخدام الكوارتز النقي سيوفر الوقت والمال.

عادةً، يُحرق الرمل في فرن كهربائي بدرجات حرارة عالية لإحداث تفاعل كيميائي يفصل معظم الأكسجين، تاركًا سيليكونًا نقيًا بنسبة 99%. لكن هذا لا يكفي. يجب أن يكون السيليكون المُستخدم في الألواح الشمسية نقيًا بنسبة 99.999999%، بينما تتطلب رقائق الكمبيوتر نقاوةً أعلى، حيث تصل إلى 99.99999999999%. ولكن مع الكوارتز المُستخرج من خشب التنوب والصنوبر، يمكن أن تصل نقاوته إلى 99.998%، بل وحتى 99.9992%، وهو عامل يُقلل بشكل كبير من تكلفة فصل الشوائب.

الكوارتز بعد التكرير. الصورة: سيبلكو

ولكن حتى مع الكوارتز النقي، لا يستطيع الجميع تنقية السيليكون النقي. صرّح إيثان موليك، أستاذ الذكاء الاصطناعي وأشباه الموصلات في كلية وارتون للأعمال بجامعة بنسلفانيا، لموقع تومز هاردوير: "يعتمد الاقتصاد الحديث على شارع واحد في سبروس باين، يؤدي إلى منشأة سيبيلكو أمريكا الشمالية، وهي شركة تستخرج وتنقي الكوارتز فائق النقاء".

تزعم شركة سيبلكو على موقعها الإلكتروني أنها "المورد الوحيد للكوارتز المستخدم في تنقية رقائق السيليكون في تصنيع الرقائق". إلا أن شهرة الشركة لا تضاهي شهرة شركات مثل TSMC أو Intel أو ASML أو Samsung في مجال أشباه الموصلات.

ويقول بعض الخبراء إن تفرد شركة سيبلكو يتجلى في حقيقة أن الكوارتز المندمج الذي تنتجه يوفر خصائص بصرية وميكانيكية وحرارية "ممتازة" لتصنيع أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية في الألواح الشمسية وكذلك الألياف البصرية في كابلات الاتصالات.

وفقًا لموليك، فإن أهمية سيبلكو تحديدًا، وسبروس باين عمومًا، بالغة الأهمية. واستشهد بكتاب كونواي "العالم المادي" المنشور على موقع X في 24 مارس، مجادلًا بأن "نهاية إنتاج رقائق الحاسوب" ستحل إذا وقع مكروه في سبروس باين أو في السماء.

وأضاف موليك "بغض النظر عن السبب، فإن أي إغلاق مفاجئ أو خلل في عمليات استخراج الكوارتز في سبرس باين قد يتسبب في وقوع حادث "كارثي للغاية" من شأنه أن يؤدي إلى تأخير إنتاج الرقائق لسنوات".

باو لام

رابط المصدر: https://vnexpress.net/noi-duy-nhat-nganh-ban-dan-the-gioi-phu-thuoc-4726613.html