दुनिया का सेमीकंडक्टर उद्योग जिस एकमात्र स्थान पर निर्भर करता है

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स्प्रूस पाइन दुनिया की सबसे शुद्ध क्वार्ट्ज़ खदान का घर है, और सिबेल्को वह कंपनी है जो सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए बेहतरीन क्वार्ट्ज़ का शोधन करती है।

अप्पलाचियन और स्प्रूस पाइन - यह ज़मीन समृद्ध नहीं है, शहर के केंद्र में सिर्फ़ एक रेलवे स्टेशन, कुछ दो-मंजिला ईंट के घर और एक लंबे समय से बंद सिनेमाघर है। हालाँकि, आसपास के पहाड़ वांछनीय खनिजों से भरपूर हैं, जिनमें से कुछ औद्योगिक उपयोग के लिए मूल्यवान हैं, खासकर क्वार्ट्ज़।

हालाँकि, पृथ्वी पर मौजूद किसी भी अन्य क्वार्ट्ज़ के विपरीत, स्प्रूस पाइन में सबसे शुद्ध प्राकृतिक क्वार्ट्ज़ होता है। सिलिकॉन डाइऑक्साइड कणों का यह अत्यंत उत्कृष्ट निक्षेपण अर्धचालक चिप्स बनाने में प्रयुक्त सिलिकॉन के उत्पादन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

ग्लोवर, एक सेवानिवृत्त भूविज्ञानी, जिन्होंने दशकों तक अप्पलाचियन और स्प्रूस पाइन पर्वतों की पहाड़ियों और घाटियों में मूल्यवान खनिजों की खोज में बिताया, ने कहा: "यहाँ यह एक अरबों डॉलर का उद्योग है," ग्लोवर ने हँसते हुए वायर्ड को बताया। "यहाँ से गाड़ी चलाते हुए आपको इसका पता नहीं चलेगा, और शायद कभी पता भी नहीं चलेगा।"

स्प्रूस पाइन में सिबेल्को का प्लांट कॉम्प्लेक्स। फोटो: सिबेल्को — स्प्रूस पाइन में सिबेल्को का प्लांट कॉम्प्लेक्स। फोटो: *सिबेल्को*

21वीं सदी में, रेत पहले से कहीं ज़्यादा महत्वपूर्ण हो गई है, खासकर सेमीकंडक्टर उद्योग में। दुनिया की ज़्यादातर रेत क्वार्ट्ज़ से बनी है, जो सिलिकॉन डाइऑक्साइड का एक रूप है, जिसे सिलिका भी कहा जाता है। उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन डाइऑक्साइड कण कंप्यूटर चिप्स, फाइबर ऑप्टिक केबल और अन्य उच्च तकनीक वाले हार्डवेयर बनाने के लिए एक ज़रूरी कच्चा माल हैं। इन उत्पादों में इस्तेमाल होने वाले क्वार्ट्ज़ की मात्रा कंक्रीट या मिट्टी को बेहतर बनाने में इस्तेमाल होने वाले क्वार्ट्ज़ के ढेरों की तुलना में नगण्य है। लेकिन डिजिटल युग में इसका प्रभाव अथाह है।

शुद्ध क्वार्ट्ज़ को परिष्कृत करना बहुत मुश्किल है, लेकिन स्प्रूस पाइन में क्वार्ट्ज़ का विशाल भंडार है और इसे दुनिया का सबसे शुद्ध क्वार्ट्ज़ माना जाता है। यह एक अनोखे भूवैज्ञानिक इतिहास का परिणाम है, जब लगभग 38 करोड़ साल पहले, अफ्रीकी महाद्वीप और अमेरिका के बीच भूगर्भीय हलचलों के कारण 2,000 डिग्री सेल्सियस से ज़्यादा तापमान के साथ घर्षण पैदा हुआ, जिससे पेग्माटाइट नामक चट्टान की परतें पिघल गईं। 100 साल बाद, ज़मीन के नीचे दबी यह पिघली हुई चट्टान ठंडी होकर पुनः क्रिस्टलीकृत हो गई। भूवैज्ञानिक गतिविधियों के ज़रिए, ये सतह पर आने लगीं।

वर्षों तक, स्थानीय लोग पेग्माटाइट खोदते रहे, उन्हें हाथ के औज़ारों या प्राथमिक मशीनों से कुचलते रहे, और फ़ेल्डस्पार और अभ्रक को उपयोग के लिए अलग करते रहे, जिससे क्वार्ट्ज़ "कचरा" बनकर रह गया, जो केवल निर्माण रेत के लिए उपयुक्त था या फिर फेंक दिया जाता था। लेकिन 1950 के दशक के मध्य में, हज़ारों मील दूर उत्तरी कैरोलिना में, कैलिफ़ोर्निया के इंजीनियरों के एक समूह ने अर्धचालकों के लिए शुद्ध क्वार्ट्ज़ पर शोध शुरू किया।

उस समय, ट्रांजिस्टर का बाज़ार तेज़ी से बढ़ रहा था। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स, मोटोरोला और अन्य कंपनियाँ कंप्यूटरों में इस्तेमाल के लिए छोटे, ज़्यादा कुशल ट्रांजिस्टर बनाने की होड़ में थीं। ट्रांजिस्टर में इस्तेमाल होने वाली सामग्रियों में जर्मेनियम और सिलिकॉन शामिल थे।

सिबेल्को स्प्रूस पाइन में क्वार्ट्ज़ अयस्क का खनन करता है। फोटो: सिबेल्को — सिबेल्को स्प्रूस पाइन में क्वार्ट्ज़ अयस्क का खनन करता है। फोटो: *सिबेल्को*

यह सफलता 1959 में मिली, जब फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में रॉबर्ट नॉयस और उनके सहयोगियों ने एक नाखून के आकार के उच्च-शुद्धता वाले सिलिकॉन के टुकड़े पर कई ट्रांजिस्टर ठूँसने का तरीका निकाला। नासा ने अपने अंतरिक्ष कार्यक्रम में इस्तेमाल के लिए फेयरचाइल्ड के माइक्रोचिप्स को चुना, और कंपनी की चिप की बिक्री वहाँ से तेज़ी से बढ़ी।

इन चिप्स को बनाना एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है। इनके लिए मूलतः शुद्ध सिलिकॉन की आवश्यकता होती है, क्योंकि थोड़ी सी भी अशुद्धता सब कुछ बर्बाद कर सकती है। सिलिकॉन आसानी से मिल जाता है क्योंकि यह पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले तत्वों में से एक है। हालाँकि, इसे निकालने में बहुत अधिक मेहनत लगती है। शुद्ध क्वार्ट्ज़ का उपयोग करने से समय और पैसा दोनों की बचत होगी।

आमतौर पर, रेत को उच्च तापमान पर विद्युत भट्टी में जलाया जाता है जिससे एक रासायनिक अभिक्रिया होती है जिससे अधिकांश ऑक्सीजन अलग हो जाती है और 99% शुद्ध सिलिकॉन बच जाता है। हालाँकि, यह पर्याप्त नहीं है। सौर पैनलों के लिए सिलिकॉन 99.999999% शुद्ध होना चाहिए, जबकि कंप्यूटर चिप्स के लिए तो और भी ज़्यादा, 99.99999999999% शुद्ध होना ज़रूरी है। लेकिन स्प्रूस पाइन से प्राप्त क्वार्ट्ज़ की शुद्धता 99.998%, यहाँ तक कि 99.9992% तक पहुँच सकती है - एक ऐसा कारक जो अशुद्धियों को अलग करने की लागत को काफ़ी कम कर देता है।

परिष्कृत होने के बाद क्वार्ट्ज़। फोटो: सिबेल्को — परिष्कृत होने के बाद क्वार्ट्ज़। फोटो: *सिबेल्को*

लेकिन शुद्ध क्वार्ट्ज़ के साथ भी, हर कोई शुद्ध सिलिकॉन को परिष्कृत नहीं कर सकता। पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय के व्हार्टन स्कूल ऑफ़ बिज़नेस में एआई और सेमीकंडक्टर्स के अध्ययनकर्ता प्रोफ़ेसर एथन मॉलिक ने टॉम्स हार्डवेयर को बताया, "आधुनिक अर्थव्यवस्था स्प्रूस पाइन की एक सड़क पर आधारित है, जो सिबेल्को नॉर्थ अमेरिका फ़ैसिलिटी तक जाती है, जो अल्ट्रा-हाई-प्योरिटी क्वार्ट्ज़ का खनन और शोधन करती है।"

अपनी वेबसाइट पर, सिबेल्को यह भी दावा करता है कि वह "चिप निर्माण में सिलिकॉन वेफर्स को परिष्कृत करने के लिए क्वार्ट्ज़ का एकमात्र आपूर्तिकर्ता है।" हालाँकि, सेमीकंडक्टर क्षेत्र में कंपनी का अस्तित्व TSMC, Intel, ASML या Samsung जितना प्रसिद्ध नहीं है।

कुछ विशेषज्ञों का कहना है कि सिबेल्को की विशिष्टता इस तथ्य से प्रदर्शित होती है कि इसके द्वारा उत्पादित फ्यूज्ड क्वार्ट्ज, अर्धचालक विनिर्माण, सौर पैनलों में फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के साथ-साथ दूरसंचार केबलों में ऑप्टिकल फाइबर के लिए "उत्कृष्ट" ऑप्टिकल, यांत्रिक और थर्मल गुण प्रदान करता है।

मोलिक के अनुसार, विशेष रूप से सिबेल्को और सामान्य रूप से स्प्रूस पाइन का महत्व बहुत अधिक है। 24 मार्च को एक्स पर प्रकाशित कॉनवे की पुस्तक "द मटेरियल वर्ल्ड" का हवाला देते हुए, वे तर्क देते हैं कि अगर स्प्रूस पाइन या उसके ऊपर के आकाश में कुछ बुरा हुआ, तो "कंप्यूटर चिप उत्पादन का अंत" हो जाएगा।

मोलिक ने कहा, "चाहे कारण कुछ भी हो, स्प्रूस पाइन में क्वार्ट्ज खनन कार्यों में कोई भी अचानक बंद या व्यवधान 'काफी विनाशकारी' घटना का कारण बन सकता है, जिससे चिप उत्पादन कई वर्षों तक पीछे चला जाएगा।"

बाओ लाम

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