Az egyetlen hely, ahol a világ félvezetőipara függ

A Spruce Pine ad otthont a világ legtisztább kvarcbányájának, a Sibelco pedig az a vállalat, amely a félvezetőipar számára finomítja a legkiválóbb kvarcot.

Appalache- és lucfenyő – ez a föld nem gazdag, a belvárosban csak egy vasútállomás, néhány kétszintes téglaház és egy régóta bezárt mozi található. A környező hegyek azonban gazdagok kívánatos ásványokban, némelyik értékes az ipari felhasználás szempontjából, különösen a kvarc.

A Földön található összes többi kvarctól eltérően azonban a lucfenyő rendelkezik a legtisztább természetes kvarccal. A szilícium-dioxid-részecskéknek ez a rendkívül kiváló lerakódása létfontosságú szerepet játszik a félvezető chipek gyártásához használt szilícium előállításában.

Glover, egy nyugdíjas geológus, aki évtizedeket töltött értékes ásványok felkutatásával az Appalache-hegység és a Lucfenyő-hegység hegyoldalaiban és völgyeiben, azt mondta: „Ez egy több milliárd dolláros iparág itt” – mondta Glover nevetve a Wirednek . „Ha erre jársz, nem is tudnád, és valószínűleg soha nem is fogod.”

A Sibelco üzemkomplexuma a Spruce Pine-ben. Fotó: Sibelco

A 21. században a homok fontosabbá vált, mint valaha, különösen a félvezetőiparban. A világ homokjának nagy része kvarcból, a szilícium-dioxid egy formájából, más néven szilícium-dioxidból áll. A nagy tisztaságú szilícium-dioxid részecskék nélkülözhetetlen alapanyagok számítógépes chipek, optikai kábelek és más high-tech hardverek gyártásához. Az ezekhez a termékekhez felhasznált kvarc mennyisége elenyésző a beton vagy a talaj javítására használt kvarchegyekhez képest. De a hatása felbecsülhetetlen a digitális korban.

A tiszta kvarc finomítása nagyon nehéz, de a lucfenyő hatalmas kvarclelőhellyel rendelkezik, és a világ legtisztább kvarcának tartják. Ez egy egyedülálló geológiai történet eredménye, amikor körülbelül 380 millió évvel ezelőtt az afrikai kontinens és az Amerika közötti geológiai mozgások 2000 Celsius-fokot meghaladó hőmérsékletű súrlódást hoztak létre, ami a pegmatitnak nevezett kőzetrétegek megolvadását okozta. 100 évvel később ez a mélyen a föld alatt eltemetett olvadt kőzet lehűlt és átkristályosodott. Geológiai tevékenységek révén elkezdtek a felszínre emelkedni.

Évekig a helyiek pegmatitokat ástak, kéziszerszámokkal vagy kezdetleges gépekkel zúzták össze őket, majd szétválasztották a földpátot és a csillámot felhasználás céljából, a kvarcot pedig „szemétként” hagyták hátra, amely csak építőipari homoknak volt alkalmas, vagy eldobásra került. Az 1950-es évek közepén azonban, több ezer mérfölddel arrébb, Észak-Karolinában, egy kaliforniai mérnökcsoport elkezdte kutatni a tiszta kvarcot félvezetők előállításához.

Abban az időben a tranzisztorpiac gyorsan felpezsdült. A Texas Instruments, a Motorola és más cégek versenyt kezdtek vetni, hogy kisebb, hatékonyabb tranzisztorokat hozzanak létre számítógépekben való felhasználásra. A tranzisztorokban felhasznált anyagok között volt a germánium és a szilícium.

A Sibelco kvarcércet bányászik lucfenyőben. Fotó: Sibelco

Az áttörés 1959-ben jött el, amikor Robert Noyce és kollégái a Fairchild Semiconductornál rájöttek, hogyan lehet több tranzisztort egy körömnyi méretű, nagy tisztaságú szilíciumlapkára zsúfolni. A NASA a Fairchild mikrochipjeit választotta űrprogramjában való felhasználásra, és a cég chipeladásai ettől kezdve gyorsan növekedtek.

Ezeknek a chipeknek az előállítása nagyon összetett folyamat. Lényegében tiszta szilíciumra van szükségük, mert a legkisebb szennyeződés is mindent tönkretehet. A szilícium könnyen megtalálható, mivel a Föld egyik leggyakoribb eleme. Azonban sok kinyerést igényel. A tiszta kvarc használata időt és pénzt takarítana meg.

Normális esetben a homokot magas hőmérsékleten elektromos kemencében égetik, hogy kémiai reakció jöjjön létre, amely elválasztja az oxigén nagy részét, és 99%-ban tiszta szilíciumot hagy maga után. Ez azonban nem elég. A napelemekhez használt szilíciumnak 99,999999%-os tisztaságúnak kell lennie, míg a számítógépes chipek esetében még ennél is nagyobb, 99,9999999999%-os tisztaság szükséges. A lucfenyőből származó kvarc esetében azonban a tisztaság elérheti a 99,998%-ot, sőt a 99,9992%-ot is – ez a tényező jelentősen csökkenti a szennyeződések elválasztásának költségeit.

Kvarc finomítás után. Fotó: Sibelco

De még tiszta kvarccal sem mindenki képes tiszta szilíciumot finomítani. „A modern gazdaság egyetlen Spruce Pine-i utcára épül, amely a Sibelco North America létesítményéhez vezet, egy olyan vállalathoz, amely ultranagy tisztaságú kvarcot bányászik és finomít” – mondta Ethan Mollick, a Pennsylvaniai Egyetem Wharton Üzleti Iskolájának mesterséges intelligenciát és félvezetőket tanulmányozó professzor a Tom’s Hardware-nek .

A Sibelco a weboldalán azt is állítja, hogy „az egyetlen kvarcbeszállító a szilícium ostyák finomításához a chipgyártásban”. A vállalat létezése azonban nem annyira ismert a félvezetők területén, mint a TSMC, az Intel, az ASML vagy a Samsung.

Egyes szakértők szerint a Sibelco egyediségét az a tény is bizonyítja, hogy az általuk gyártott olvasztott kvarc „kiváló” optikai, mechanikai és termikus tulajdonságokkal rendelkezik a félvezetőgyártás, a napelemek fotovoltaikus cellái, valamint a telekommunikációs kábelek optikai szálai számára.

Mollick szerint a Sibelco, és általában a Spruce Pine jelentősége óriási. Conway Az anyagi világ című, március 24-én az X-en megjelent könyvéből idézve azt állítja, hogy „a számítógépes chipek gyártásának vége lenne”, ha valami rossz történne a Spruce Pine-nál vagy az égbolton felette.

„Függetlenül az októl, a Spruce Pine kvarcbányászati ​​tevékenységének bármilyen hirtelen leállása vagy zavara „meglehetősen katasztrofális” eseményt okozhat, amely évekre visszavetheti a forgácstermelést” – tette hozzá Mollick.

Bao Lam

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