Der einzige Ort, von dem die weltweite Halbleiterindustrie abhängt

Spruce Pine beherbergt die reinste Quarzmine der Welt , und Sibelco ist das Unternehmen, das den feinsten Quarz für die Halbleiterindustrie verarbeitet.

Appalachen- und Fichtenwald – dieses Land ist karg; der Ortskern besteht lediglich aus einem Bahnhof, einigen zweistöckigen Backsteinhäusern und einem seit Langem geschlossenen Kino. Die umliegenden Berge hingegen sind reich an begehrten Mineralien, von denen einige, insbesondere Quarz, industriell wertvoll sind.

Im Gegensatz zu allen anderen Quarzarten der Welt weist Spruce Pine jedoch den reinsten natürlichen Quarz auf. Diese außergewöhnlich hochwertige Ablagerung von Siliziumdioxidpartikeln spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Silizium, das zur Fertigung von Halbleiterchips verwendet wird.

Glover, ein pensionierter Geologe, der jahrzehntelang in den Hügeln und Tälern der Appalachen und der Spruce Pine Mountains nach wertvollen Mineralien gesucht hat, sagte: „Das ist hier eine Milliarden-Dollar-Industrie“, sagte Glover lachend gegenüber Wired . „Man würde es beim Durchfahren nicht merken, und wahrscheinlich wird man es auch nie merken.“

Sibelcos Werkskomplex in Spruce Pine. Foto: Sibelco

Im 21. Jahrhundert ist Sand wichtiger denn je geworden, insbesondere in der Halbleiterindustrie. Der Großteil des weltweiten Sandes besteht aus Quarz, einer Form von Siliziumdioxid, auch bekannt als Kieselsäure. Hochreine Siliziumdioxidpartikel sind ein unverzichtbarer Rohstoff für die Herstellung von Computerchips, Glasfaserkabeln und anderer Hightech-Hardware. Die für diese Produkte verwendete Quarzmenge ist zwar gering im Vergleich zu den riesigen Quarzmengen, die zur Verbesserung von Beton oder Böden eingesetzt werden. Doch seine Bedeutung im digitalen Zeitalter ist unermesslich.

Die Gewinnung von reinem Quarz ist äußerst schwierig, doch Spruce Pine verfügt über ein riesiges Quarzvorkommen und gilt als das reinste der Welt. Dies ist das Ergebnis einer einzigartigen geologischen Geschichte: Vor etwa 380 Millionen Jahren erzeugten geologische Bewegungen zwischen dem afrikanischen und dem amerikanischen Kontinent Reibung mit Temperaturen von über 2.000 Grad Celsius, wodurch Gesteinsschichten, sogenannte Pegmatite, schmolzen. 100 Jahre später kühlte dieses tief unter der Erde verborgene, geschmolzene Gestein ab und rekristallisierte. Durch geologische Aktivitäten stieg es schließlich an die Oberfläche.

Jahrelang gruben die Einheimischen Pegmatite aus, zerkleinerten sie mit Handwerkzeugen oder einfachen Maschinen und trennten Feldspat und Glimmer für die weitere Verwendung ab. Der Quarz blieb als „Abfall“ zurück, der höchstens als Bausand taugte oder entsorgt wurde. Doch Mitte der 1950er-Jahre, Tausende Kilometer entfernt in North Carolina, begann eine Gruppe von Ingenieuren in Kalifornien, reinen Quarz für Halbleiter zu erforschen.

Zu dieser Zeit erlebte der Transistormarkt einen rasanten Aufschwung. Texas Instruments, Motorola und andere Unternehmen wetteiferten darum, kleinere und effizientere Transistoren für den Einsatz in Computern zu entwickeln. Zu den in Transistoren verwendeten Materialien gehörten Germanium und Silizium.

Sibelco baut Quarzerz in Spruce Pine ab. Foto: Sibelco

Der Durchbruch gelang 1959, als Robert Noyce und seine Kollegen bei Fairchild Semiconductor herausfanden, wie man mehrere Transistoren auf einem Stück hochreinen Siliziums von der Größe eines Fingernagels unterbringen konnte. Die NASA wählte Fairchilds Mikrochips für ihr Raumfahrtprogramm, und der Chipabsatz des Unternehmens stieg von da an rasant an.

Die Herstellung dieser Chips ist ein sehr komplexer Prozess. Sie erfordert im Wesentlichen reines Silizium, da selbst geringste Verunreinigungen alles ruinieren können. Silizium ist leicht zu gewinnen, da es eines der häufigsten Elemente der Erde ist. Allerdings ist seine Gewinnung sehr aufwendig. Die Verwendung von reinem Quarz würde Zeit und Kosten sparen.

Normalerweise wird Sand in einem Elektroofen bei hohen Temperaturen gebrannt, um durch eine chemische Reaktion den größten Teil des Sauerstoffs abzutrennen und so 99 % reines Silizium zu erhalten. Das reicht jedoch nicht aus. Silizium für Solarzellen muss 99,999999 % rein sein, und für Computerchips gelten sogar noch strengere Reinheitsanforderungen von 99,99999999999 %. Mit Quarz aus Fichtenkiefernholz lassen sich jedoch Reinheitsgrade von bis zu 99,998 % und sogar 99,9992 % erreichen – ein Faktor, der die Kosten für die Abtrennung von Verunreinigungen deutlich reduziert.

Quarz nach der Veredelung. Foto: Sibelco

Doch selbst mit reinem Quarz kann nicht jeder reines Silizium herstellen. „Die moderne Wirtschaft basiert auf einer einzigen Straße in Spruce Pine, die zum Werk von Sibelco North America führt, einem Unternehmen, das hochreinen Quarz abbaut und verarbeitet“, erklärte Ethan Mollick, Professor für KI und Halbleiter an der Wharton School of Business der University of Pennsylvania, gegenüber Tom’s Hardware .

Auf seiner Website behauptet Sibelco außerdem, „der einzige Lieferant von Quarz für die Veredelung von Siliziumwafern in der Chipherstellung“ zu sein. Allerdings ist das Unternehmen im Halbleiterbereich nicht so bekannt wie TSMC, Intel, ASML oder Samsung.

Die Einzigartigkeit von Sibelco zeigt sich laut einigen Experten darin, dass das von dem Unternehmen hergestellte Quarzglas „ausgezeichnete“ optische, mechanische und thermische Eigenschaften für die Halbleiterfertigung, Photovoltaikzellen in Solarmodulen sowie optische Fasern in Telekommunikationskabeln aufweist.

Laut Mollick ist die Bedeutung von Sibelco im Besonderen und Spruce Pine im Allgemeinen enorm. Er zitiert aus Conways Buch „The Material World“, das am 24. März auf X veröffentlicht wurde, und argumentiert, dass die Computerchip-Produktion zum Erliegen käme, sollte in Spruce Pine oder am Himmel darüber etwas Schlimmes passieren.

„Ungeachtet des Grundes könnte jede plötzliche Einstellung oder Unterbrechung des Quarzabbaus in Spruce Pine einen ‚ziemlich katastrophalen‘ Vorfall verursachen, der die Späneproduktion um Jahre zurückwerfen könnte“, fügte Mollick hinzu.

Bao Lam

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