L'unico posto da cui dipende l'industria mondiale dei semiconduttori

Spruce Pine ospita la miniera di quarzo più pura al mondo e Sibelco è l'azienda leader nella raffinazione del quarzo per l'industria dei semiconduttori.

Appalachi e pinete di abete rosso: questa regione non è una zona ricca; il centro abitato consiste solo in una stazione ferroviaria, alcune file di edifici in mattoni a due piani e un cinema chiuso da tempo. Tuttavia, le montagne circostanti sono ricche di minerali pregiati, alcuni dei quali preziosi per uso industriale, in particolare il quarzo.

Tuttavia, a differenza di qualsiasi altro tipo di quarzo sulla Terra, il quarzo di Spruce Pine contiene il quarzo naturale più puro. Questa eccezionale e superiore deposizione di particelle di biossido di silicio svolge un ruolo cruciale nella produzione del silicio utilizzato per la fabbricazione di chip semiconduttori.

Glover, un geologo in pensione che ha trascorso decenni alla ricerca di minerali preziosi tra le colline e le depressioni delle catene montuose degli Appalachi e di Spruce Pine, ha commentato: "È un'industria multimiliardaria", ha detto Glover a Wired con una fragorosa risata. "Non lo diresti guidando da queste parti, e probabilmente non lo saprai mai."

Complesso industriale di Sibelco a Spruce Pine. Foto: Sibelco

Nel XXI secolo, la sabbia è diventata più importante che mai, soprattutto nell'industria dei semiconduttori. La maggior parte della sabbia mondiale è composta da quarzo, una forma di biossido di silicio, nota anche come silice. Le particelle di biossido di silicio ad alta purezza sono materie prime essenziali per la produzione di chip per computer, cavi in ​​fibra ottica e altri componenti hardware ad alta tecnologia. La quantità di quarzo utilizzata per questi prodotti è esigua rispetto alle montagne di quarzo impiegate per migliorare il calcestruzzo o il terreno. Ma il suo impatto è incommensurabile nell'era digitale.

Raffinare il quarzo puro è estremamente difficile, ma Spruce Pine è fortunata ad avere un enorme giacimento di quello che è considerato il quarzo più puro al mondo. È il risultato di una storia geologica unica: circa 380 milioni di anni fa, i movimenti geologici tra i continenti africano e americano crearono attrito con temperature superiori ai 2.000 gradi Celsius, fondendo strati di roccia noti come pegmatiti. Cento anni dopo, questa roccia fusa, sepolta in profondità, si raffreddò e ricristallizzò. Attraverso l'attività geologica, iniziò a risalire in superficie.

Per anni, gli abitanti del luogo hanno estratto pegmatite, frantumandola con utensili manuali o macchinari rudimentali, separando il feldspato e la mica per i materiali di scarto, mentre il quarzo era considerato "materiale di scarto", adatto solo come sabbia da costruzione o destinato allo smaltimento. Tuttavia, a metà degli anni '50, a migliaia di chilometri dalla Carolina del Nord, un gruppo di ingegneri in California iniziò a studiare il quarzo puro per la produzione di semiconduttori.

In quel periodo, il mercato dei transistor era in rapida espansione. Texas Instruments, Motorola e altre aziende diedero inizio a una corsa per creare transistor più piccoli ed efficienti da utilizzare nei computer. Alcuni dei materiali impiegati nei transistor erano il germanio e il silicio.

Sibelco estrae minerale di quarzo a Spruce Pine. Foto: Sibelco

La svolta arrivò nel 1959, quando Robert Noyce e i suoi colleghi della Fairchild Semiconductor trovarono un modo per integrare numerosi transistor in un singolo chip di silicio ad alta purezza, grande quanto un'unghia. La NASA scelse i microchip della Fairchild per i suoi programmi di esplorazione spaziale e da allora le vendite di chip dell'azienda sono cresciute vertiginosamente.

La creazione di questi chip è un processo incredibilmente complesso. In sostanza, richiedono silicio puro, perché anche la minima impurità comprometterebbe tutto. Trovare il silicio è facile perché è uno degli elementi più abbondanti sulla Terra. Tuttavia, richiede numerose fasi di estrazione. L'utilizzo di quarzo puro ridurrebbe significativamente sia i tempi che i costi.

In genere, la sabbia viene riscaldata in un forno elettrico ad alte temperature per indurre una reazione chimica che rimuove la maggior parte dell'ossigeno, mantenendo il silicio puro al 99%. Tuttavia, questo non è sufficiente. Il silicio per i pannelli solari deve essere puro al 99,999999%, e per i chip dei computer i requisiti sono ancora più stringenti: 99,99999999999%. Ma con il quarzo di Spruce Pine, la purezza può raggiungere il 99,998%, o addirittura il 99,9992%, un fattore che riduce significativamente il costo della rimozione delle impurità.

Quarzo dopo la raffinazione. Foto: Sibelco

Ma anche con il quarzo puro, non tutti sono in grado di raffinare il silicio puro. "L' economia moderna si concentra attorno a un'unica strada a Spruce Pine, che conduce agli impianti di Sibelco North America, un'azienda che estrae e raffina quarzo ad altissima purezza", ha dichiarato a Tom's Hardware il professor Ethan Mollick, esperto di intelligenza artificiale e ricerca sui semiconduttori presso la Wharton School of Business dell'Università della Pennsylvania.

Sul suo sito web, Sibelco afferma anche di essere "l'unico fornitore di quarzo per la raffinazione dei wafer di silicio nella produzione di chip". Tuttavia, l'esistenza dell'azienda non è così nota come quella di TSMC, Intel, ASML o Samsung nel settore dei semiconduttori.

Alcuni esperti ritengono che il primato di Sibelco sia dimostrato dal fatto che il quarzo fuso da essa prodotto offre proprietà ottiche, meccaniche e termiche "eccellenti" per la produzione di semiconduttori, celle fotovoltaiche nei pannelli solari e fibre ottiche nei cavi per telecomunicazioni.

Secondo Mollick, l'importanza di Sibelco in particolare e di Spruce Pine in generale è immensa. Citando il libro di Conway *The Material World* e pubblicato su X il 24 marzo, sostiene che ci sarebbe "la fine della produzione di chip per computer" se dovesse accadere qualcosa di grave a Spruce Pine o nei cieli sovrastanti.

"Indipendentemente dal motivo, qualsiasi arresto improvviso o interruzione delle operazioni di estrazione del quarzo a Spruce Pine potrebbe causare un incidente 'abbastanza catastrofico', potenzialmente in grado di rallentare il settore della produzione di chip per anni", ha aggiunto Mollick.

Bao Lam

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