تنها جایی که صنعت نیمه‌هادی جهان به آن وابسته است

اسپروس پاین محل خالص‌ترین معدن کوارتز جهان است و سیبلکو شرکتی است که مرغوب‌ترین کوارتز را برای صنعت نیمه‌رساناها تصفیه می‌کند.

آپالاچی و کاج صنوبر - این سرزمین غنی نیست، منطقه مرکز شهر فقط یک ایستگاه قطار، چند خانه آجری دو طبقه، یک سینمای قدیمی بسته دارد. با این حال، کوه‌های اطراف سرشار از مواد معدنی مطلوب هستند که برخی از آنها برای مصارف صنعتی ارزشمند هستند، به خصوص کوارتز.

با این حال، برخلاف هر کوارتز دیگری روی زمین، Spruce Pine خالص‌ترین کوارتز طبیعی را دارد. این رسوب بسیار عالی ذرات دی اکسید سیلیکون نقش حیاتی در تولید سیلیکون مورد استفاده در ساخت تراشه‌های نیمه‌هادی ایفا می‌کند.

گلاور، زمین‌شناس بازنشسته‌ای که دهه‌ها در دامنه‌ها و دره‌های کوه‌های آپالاچی و اسپروس پاین به دنبال مواد معدنی ارزشمند بوده است، با خنده به وایرد گفت: «اینجا یک صنعت چند میلیارد دلاری است. شما با رانندگی در اینجا متوجه این موضوع نخواهید شد و احتمالاً هرگز هم نخواهید شد.»

مجتمع کارخانه‌های سیبلکو در اسپروس پاین. عکس: سیبلکو

در قرن بیست و یکم، شن و ماسه بیش از هر زمان دیگری اهمیت پیدا کرده است، به خصوص در صنعت نیمه هادی. بیشتر شن و ماسه جهان از کوارتز، نوعی دی اکسید سیلیکون که به عنوان سیلیس نیز شناخته می‌شود، ساخته شده است. ذرات دی اکسید سیلیکون با خلوص بالا، ماده اولیه ضروری برای ساخت تراشه‌های کامپیوتری، کابل‌های فیبر نوری و سایر سخت‌افزارهای پیشرفته هستند. مقدار کوارتز مورد استفاده برای این محصولات در مقایسه با کوه‌های کوارتز مورد استفاده برای بهبود بتن یا خاک، بسیار ناچیز است. اما تأثیر آن در عصر دیجیتال غیرقابل اندازه‌گیری است.

پالایش کوارتز خالص بسیار دشوار است، اما کاج صنوبر از ذخایر عظیم کوارتز برخوردار است و خالص‌ترین نوع آن در جهان محسوب می‌شود. این نتیجه یک تاریخ زمین‌شناسی منحصر به فرد است، زمانی که حدود ۳۸۰ میلیون سال پیش، حرکات زمین‌شناسی بین قاره آفریقا و آمریکا اصطکاکی با دمای بیش از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد ایجاد کرد و باعث ذوب شدن لایه‌هایی از سنگ به نام پگماتیت شد. ۱۰۰ سال بعد، این سنگ مذاب که در اعماق زمین دفن شده بود، سرد و دوباره متبلور شد. از طریق فعالیت‌های زمین‌شناسی، آنها شروع به بالا آمدن به سطح زمین کردند.

سال‌ها، مردم محلی پگماتیت‌ها را از زیر خاک بیرون می‌آوردند، آنها را با ابزار دستی یا ماشین‌آلات ابتدایی خرد می‌کردند و فلدسپات و میکا را برای استفاده جدا می‌کردند و کوارتز را به عنوان «زباله» باقی می‌گذاشتند که فقط برای شن و ماسه ساختمانی مناسب بود یا دور ریخته می‌شد. اما در اواسط دهه ۱۹۵۰، هزاران مایل دورتر در کارولینای شمالی، گروهی از مهندسان در کالیفرنیا شروع به تحقیق در مورد کوارتز خالص برای نیمه‌هادی‌ها کردند.

در آن زمان، بازار ترانزیستورها به سرعت در حال داغ شدن بود. شرکت‌های تگزاس اینسترومنتس، موتورولا و دیگر شرکت‌ها برای ساخت ترانزیستورهای کوچک‌تر و کارآمدتر جهت استفاده در رایانه‌ها، شروع به رقابت کردند. از جمله مواد مورد استفاده در ترانزیستورها، ژرمانیوم و سیلیکون بودند.

سیبلکو سنگ معدن کوارتز را در اسپروس پاین استخراج می‌کند. عکس: سیبلکو

این موفقیت در سال ۱۹۵۹ حاصل شد، زمانی که رابرت نویس و همکارانش در شرکت Fairchild Semiconductor دریافتند که چگونه چندین ترانزیستور را روی یک قطعه سیلیکون با خلوص بالا به اندازه یک ناخن انگشت جای دهند. ناسا ریزتراشه‌های Fairchild را برای استفاده در برنامه فضایی خود انتخاب کرد و فروش تراشه‌های این شرکت از آنجا به سرعت افزایش یافت.

ساخت این تراشه‌ها فرآیندی بسیار پیچیده است. آن‌ها اساساً به سیلیکون خالص نیاز دارند، زیرا کوچکترین ناخالصی می‌تواند همه چیز را خراب کند. سیلیکون به راحتی پیدا می‌شود زیرا یکی از فراوان‌ترین عناصر روی زمین است. با این حال، استخراج آن نیاز به مقدار زیادی دارد. استفاده از کوارتز خالص باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود.

معمولاً شن و ماسه در یک کوره الکتریکی در دمای بالا پخته می‌شود تا یک واکنش شیمیایی ایجاد شود که بیشتر اکسیژن را جدا می‌کند و ۹۹٪ سیلیکون خالص باقی می‌ماند. با این حال، این کافی نیست. سیلیکون مورد استفاده برای پنل‌های خورشیدی باید ۹۹.۹۹۹۹۹۹٪ خالص باشد، در حالی که تراشه‌های کامپیوتری حتی بیشتر مورد نیاز هستند، ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹٪. اما با کوارتز از Spruce Pine، خلوص می‌تواند به ۹۹.۹۹۸٪، حتی ۹۹.۹۹۹۲٪ برسد - عاملی که هزینه جداسازی ناخالصی‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

کوارتز پس از تصفیه. عکس: Sibelco

اما حتی با کوارتز خالص، همه نمی‌توانند سیلیکون خالص را تصفیه کنند. ایتان مولیک، استادی که در دانشکده بازرگانی وارتون در دانشگاه پنسیلوانیا در زمینه هوش مصنوعی و نیمه‌هادی‌ها مطالعه می‌کند، به Tom’s Hardware گفت: « اقتصاد مدرن بر اساس یک خیابان در اسپروس پاین بنا شده است که به تأسیسات Sibelco North America منتهی می‌شود، شرکتی که کوارتز با خلوص بسیار بالا را استخراج و تصفیه می‌کند.»

سیبلکو در وب‌سایت خود همچنین ادعا می‌کند که «تنها تأمین‌کننده کوارتز برای تصفیه ویفرهای سیلیکونی در تولید تراشه» است. با این حال، وجود این شرکت به اندازه TSMC، اینتل، ASML یا سامسونگ در حوزه نیمه‌هادی شناخته شده نیست.

برخی از کارشناسان می‌گویند منحصر به فرد بودن Sibelco با این واقعیت نشان داده می‌شود که کوارتز ذوب‌شده‌ای که تولید می‌کند، خواص نوری، مکانیکی و حرارتی «عالی» برای تولید نیمه‌هادی‌ها، سلول‌های فتوولتائیک در پنل‌های خورشیدی و همچنین فیبرهای نوری در کابل‌های مخابراتی ارائه می‌دهد.

به گفته مولیک، اهمیت سیبلکو به طور خاص و اسپروس پاین به طور کلی بسیار زیاد است. او با نقل قول از کتاب «جهان مادی» نوشته کانوی که در ۲۴ مارس در مجله ایکس منتشر شد، استدلال می‌کند که اگر اتفاق بدی در اسپروس پاین یا آسمان بالای آن رخ دهد، «پایان تولید تراشه‌های کامپیوتری» فرا خواهد رسید.

مولیک افزود: «صرف نظر از دلیل، هرگونه تعطیلی یا اختلال ناگهانی در عملیات استخراج کوارتز در اسپروس پاین می‌تواند باعث حادثه‌ای «کاملاً فاجعه‌بار» شود که می‌تواند تولید تراشه را سال‌ها به عقب بیندازد.»

بائو لام

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