يعد Spruce Pine موطنًا لأنقى منجم كوارتز في العالم، وSibelco هي شركة تكرير الكوارتز التي تخدم صناعة أشباه الموصلات على أفضل وجه.
أبالاتشي وصنوبر التنوب - هذه الأرض ليست مكانًا غنيًا، ولا يوجد في وسط المدينة سوى محطة قطار، وبضعة صفوف من المنازل المبنية من الطوب المكونة من طابقين، ودار سينما مغلقة منذ فترة طويلة. ومع ذلك، فإن الجبال المحيطة بها غنية بالمعادن المرغوبة، وبعضها ذو قيمة للاستخدامات الصناعية، وخاصة الكوارتز.
ومع ذلك، وعلى عكس أي كوارتز آخر على وجه الأرض، فإن خشب الصنوبر يحتوي على أنقى الكوارتز الطبيعي. يلعب هذا الترسيب الفائق للغاية لجزيئات ثاني أكسيد السيليكون دورًا مهمًا في إنتاج السيليكون المستخدم في صناعة رقائق أشباه الموصلات.
قال جلوفر، الجيولوجي المتقاعد الذي قضى عقودًا في البحث عن المعادن الثمينة في سفوح التلال والأراضي المنخفضة في سلاسل جبال أبالاتشي وأشجار الصنوبر، "توجد صناعة قيمة هنا. مليارات الدولارات"، قال جلوفر وهو يضحك من القلب. سلكي. "لن تعرف ذلك من خلال القيادة هنا وربما لن تعرفه أبدًا."
مجمع مصانع Sibelco في Spruce Pine. صورة: سيبيلكو
في القرن الحادي والعشرين، أصبحت الرمال أكثر أهمية من أي وقت مضى، وخاصة في قطاع أشباه الموصلات. تتكون معظم الرمال في العالم من الكوارتز، وهو شكل من أشكال ثاني أكسيد السيليكون، المعروف أيضًا باسم السيليكا. تعد جزيئات ثاني أكسيد السيليكون عالية النقاء مادة خام أساسية لإنتاج رقائق الكمبيوتر وكابلات الألياف الضوئية وأنواع أخرى من الأجهزة عالية التقنية. وكمية الكوارتز المستخدمة في هذه المنتجات قليلة جدًا مقارنة بجبال الكوارتز المستخدمة في تحسين الخرسانة أو التربة. لكن تأثيرها لا يمكن قياسه في العصر الرقمي.
تعد تنقية الكوارتز النقي أمرًا صعبًا للغاية، لكن شجرة التنوب الصنوبر تنعم بمنجم كوارتز كبير للغاية ويعتبر أنقى منجم في العالم. وهي نتيجة تاريخ جيولوجي فريد من نوعه، إذ منذ حوالي 380 مليون سنة، أحدثت الحركات الجيولوجية بين القارة الأفريقية والأمريكتين احتكاكاً مع درجات حرارة تجاوزت 2.000 درجة مئوية، مما تسبب في ذوبان طبقات من الصخور، تسمى البغماتيت. وبعد 100 عام، بردت هذه الطبقة من الصخور المنصهرة المدفونة في أعماق الأرض وتبلورت. ومن خلال الأنشطة الجيولوجية، بدأوا في الارتفاع إلى السطح.
لسنوات عديدة، قام السكان المحليون باستخراج البغماتيت، وسحقه بأدوات يدوية أو آلات بدائية، وفصل الفلسبار والميكا للاستخدام، وكان الكوارتز يعتبر "قمامة"، ومناسب فقط لصنع رمل البناء، أو البناء أو التخلص منه. ومع ذلك، في منتصف الخمسينيات، وعلى بعد آلاف الأميال في ولاية كارولينا الشمالية، بدأت مجموعة من المهندسين في كاليفورنيا في البحث عن الكوارتز النقي لأشباه الموصلات.
في ذلك الوقت، كان سوق الترانزستورات يزدهر بسرعة. بدأت شركة Texas Instruments وMotorola وشركات أخرى تتسابق لإنشاء ترانزستورات أصغر حجمًا وأكثر كفاءة لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر. إحدى المواد الموجودة في الترانزستورات هي الجرمانيوم والسيليكون.
تقوم شركة Sibelco باستخراج خام الكوارتز في شجرة الصنوبر. صورة: سيبيلكو
جاء الإنجاز في عام 1959، عندما اكتشف روبرت نويس وزملاؤه في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات كيفية حشر ترانزستورات متعددة في قطعة من السيليكون عالي النقاء بحجم ظفر الإصبع. اختارت ناسا شرائح فيرتشايلد الدقيقة لاستخدامها في برامج غزو الفضاء، كما زادت مبيعات الرقائق الخاصة بالشركة بسرعة منذ ذلك الحين.
يعد إنشاء هذه الرقائق عملية معقدة للغاية. إنها تتطلب بشكل أساسي السيليكون النقي، لأنه عند أدنى شوائب، ينهار كل شيء. يعد العثور على السيليكون أمرًا سهلاً لأنه أحد أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض. ومع ذلك، فهي تتطلب الكثير من خطوات الاستخراج. سيساعد استخدام الكوارتز النقي في تقليل الوقت والتكاليف بشكل كبير.
عادة، يتم تسخين الرمل في فرن كهربائي عند درجات حرارة عالية لخلق تفاعل كيميائي يفصل معظم الأكسجين، ويترك 99٪ من السيليكون النقي. علي اية حال هذا غير كافي. يجب أن يكون السيليكون المستخدم في الألواح الشمسية نقيًا بنسبة 99,999999%، كما أن رقائق الكمبيوتر أكثر صرامة بنسبة 99,99999999999%. لكن مع الكوارتز الصنوبري، يمكن أن تصل نسبة النقاء إلى 99,998%، وحتى 99,9992% - وهو عامل يقلل بشكل كبير من تكلفة فصل الشوائب.
الكوارتز بعد صقله. صورة: سيبيلكو
ولكن حتى لو كان هناك كوارتز نقي، لا يستطيع الجميع تنقية السيليكون النقي. وقال البروفيسور إيثان موليك، خبير أبحاث الذكاء الاصطناعي وأشباه الموصلات في جامعة كاليفورنيا: "يقع الاقتصاد الحديث على طريق واحد في سبروس باين، يؤدي إلى منشأة سيبيلكو أمريكا الشمالية، وهي شركة تقوم بتعدين وتكرير الكوارتز عالي النقاء". قالت كلية وارتون للأعمال بجامعة بنسلفانيا الأجهزة توم.
وعلى موقع الويب، تدعي Sibelco أيضًا أنها "المورد الوحيد للكوارتز، لتكرير رقائق السيليكون في إنتاج الرقائق". ومع ذلك، فإن وجود الشركة ليس معروفًا مثل TSMC أو Intel أو ASML أو Samsung في مجال أشباه الموصلات.
ويقدر بعض الخبراء أن تفرد شركة Sibelco يتجلى من خلال حقيقة أن الكوارتز المنصهر الذي تنتجه الشركة يوفر خصائص بصرية وميكانيكية وحرارية "ممتازة" لإنتاج أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية والكهرباء في الخلايا الشمسية وكذلك الألياف الضوئية في كابلات الاتصالات.
ووفقا لموليك، فإن أهمية Sibelco بشكل خاص وSpruce Pine بشكل عام كبيرة. ونقلاً عن مقطع من كتاب كونواي "العالم المادي" المنشور على موقع "إكس" في 24 مارس/آذار، قال إنه ستكون هناك "نهاية عملية تصنيع شرائح الكمبيوتر" إذا حدث شيء سيئ في شجرة التنوب أو السماء فوقها.
وأضاف موليك: "بغض النظر عن السبب، فإن أي إغلاق مفاجئ أو تعطيل في عمليات تعدين الكوارتز في Spruce Pine يمكن أن يتسبب في حادث "كارثي للغاية" قد يؤدي إلى تراجع قطاع تصنيع الرقائق بشكل كبير العام".
باو لام
