Jediné místo, na kterém závisí světový polovodičový průmysl

Spruce Pine je domovem nejčistšího křemenného dolu na světě a Sibelco je společnost, která rafinuje nejjemnější křemen pro polovodičový průmysl.

Apalačské pohoří a smrkové borovice – tato oblast není bohatá, v centru města je pouze vlakové nádraží, několik dvoupatrových cihlových domů a dávno uzavřené kino. Okolní hory jsou však bohaté na žádané minerály, některé cenné pro průmyslové využití, zejména křemen.

Na rozdíl od jakéhokoli jiného křemene na Zemi má však smrk a borovice nejčistší přírodní křemen. Toto extrémně kvalitní ukládání částic oxidu křemičitého hraje zásadní roli při výrobě křemíku používaného k výrobě polovodičových čipů.

Glover, geolog v důchodu, který strávil desítky let hledáním cenných minerálů na svazích a v údolích Apalačských hor a Spruce Pine Mountains, řekl: „Je to tady průmysl s obratem v řádu miliard dolarů,“ řekl Glover se smíchem deníku Wired . „Když tudy projedete autem, nepoznáte to a pravděpodobně to nikdy nepoznáte.“

Závodní komplex společnosti Sibelco ve Spruce Pine. Foto: Sibelco

V 21. století se písek stal důležitějším než kdy dříve, zejména v polovodičovém průmyslu. Většina světového písku se skládá z křemene, což je forma oxidu křemičitého, známého také jako oxid křemičitý. Vysoce čisté částice oxidu křemičitého jsou nezbytnou surovinou pro výrobu počítačových čipů, optických kabelů a dalšího high-tech hardwaru. Množství křemene používaného pro tyto produkty je nepatrné ve srovnání s horami křemene používanými ke zlepšení betonu nebo půdy. Jeho dopad je však v digitálním věku neměřitelný.

Rafinace čistého křemene je velmi obtížná, ale smrk borový je požehnán obrovskými ložisky křemene a je považován za nejčistší na světě. Je to výsledek jedinečné geologické historie, kdy asi před 380 miliony let geologické pohyby mezi africkým kontinentem a Amerikou vytvořily tření s teplotami přesahujícími 2 000 stupňů Celsia, což způsobilo roztavení vrstev horniny zvané pegmatit. O 100 let později tato roztavená hornina pohřbená hluboko pod zemí ochladla a rekrystalizovala. V důsledku geologické aktivity začala stoupat na povrch.

Po léta místní obyvatelé vykopávali pegmatity, drtili je ručním nářadím nebo základními stroji a oddělovali živec a slídu k dalšímu použití, přičemž křemen zanechávali jako „odpad“, vhodný pouze do stavebního písku nebo k vyhození. Ale v polovině 50. let 20. století, tisíce kilometrů daleko v Severní Karolíně, začala skupina inženýrů v Kalifornii zkoumat čistý křemen pro polovodiče.

V té době se trh s tranzistory rychle rozrůstal. Texas Instruments, Motorola a další společnosti se začaly předhánět ve vývoji menších a účinnějších tranzistorů pro použití v počítačích. Mezi materiály používané v tranzistorech patřilo germanium a křemík.

Sibelco těží křemennou rudu v borovici smrkové. Foto: Sibelco

Průlom nastal v roce 1959, kdy Robert Noyce a jeho kolegové ze společnosti Fairchild Semiconductor přišli na to, jak nacpat více tranzistorů na kus vysoce čistého křemíku o velikosti nehtu. NASA si vybrala mikročipy Fairchild pro použití ve svém vesmírném programu a prodej čipů společnosti od té doby rychle rostl.

Výroba těchto čipů je velmi složitý proces. V podstatě vyžadují čistý křemík, protože sebemenší nečistota může všechno zničit. Křemík se snadno nachází, protože je jedním z nejhojnějších prvků na Zemi. Vyžaduje však hodně extrakce. Použití čistého křemene by ušetřilo čas a peníze.

Písek se obvykle pálí v elektrické peci při vysokých teplotách, aby se vytvořila chemická reakce, která oddělí většinu kyslíku a zanechá 99% čistého křemíku. To však nestačí. Křemík pro solární panely musí mít čistotu 99,999999 %, zatímco počítačové čipy jsou ještě náročnější, 99,99999999999 %. U křemene ze smrku a borovice však může čistota dosáhnout 99,998 %, dokonce 99,9992 % – což je faktor, který výrazně snižuje náklady na oddělování nečistot.

Křemen po rafinaci. Foto: Sibelco

Ale i s čistým křemenem nedokáže každý rafinovat čistý křemík. „Moderní ekonomika je založena na jediné ulici ve Spruce Pine, která vede k závodu Sibelco North America, společnosti, která těží a rafinuje ultračistý křemen,“ řekl pro Tom’s Hardware Ethan Mollick, profesor, který studuje umělou inteligenci a polovodiče na Wharton School of Business na Pensylvánské univerzitě.

Na svých webových stránkách společnost Sibelco také tvrdí, že je „jediným dodavatelem křemene pro rafinaci křemíkových destiček při výrobě čipů“. Existence této společnosti však není v oblasti polovodičů tak známá jako TSMC, Intel, ASML nebo Samsung.

Jedinečnost společnosti Sibelco, jak tvrdí někteří odborníci, dokazuje skutečnost, že tavený křemen, který vyrábí, nabízí „vynikající“ optické, mechanické a tepelné vlastnosti pro výrobu polovodičů, fotovoltaických článků v solárních panelech a také optických vláken v telekomunikačních kabelech.

Podle Mollicka je význam společnosti Sibelco a Spruce Pine obecně obrovský. Cituje Conwayovu knihu The Material World, publikovanou na X 24. března, a tvrdí, že kdyby se ve Spruce Pine nebo na obloze nad ní stalo něco špatného, ​​nastal by „konec výroby počítačových čipů“.

„Bez ohledu na důvod by jakékoli náhlé zastavení nebo narušení těžby křemene ve Spruce Pine mohlo způsobit ‚docela katastrofální‘ incident, který by mohl produkci štěpky zpozdit o několik let,“ dodal Mollick.

Bao Lam

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