世界の半導体産業が依存する唯一の場所

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スプルースパインには世界で最も純粋な石英鉱山があり、シベルコは半導体業界向けに最高の石英を精製する会社です。

アパラチア山脈とスプルースパイン - この土地は裕福な場所ではなく、ダウンタウンには電車の駅、数軒の2階建てのレンガ造りの家、そして長い間閉まっている映画館があるだけです。しかし、周囲の山々にはさまざまな望ましい鉱物が豊富にあり、その一部は工業用途に価値があり、特に石英がそうです。

しかし、地球上の他のどのクォーツとも異なり、スプルースパインには最も純粋な天然クォーツが含まれています。これらの二酸化ケイ素粒子の極めて優れた堆積は、半導体チップの製造に使用されるシリコンの製造において重要な役割を果たします。

アパラチア山脈とスプルースパイン山脈の丘陵や渓谷で貴重な鉱物探しに何十年も費やしてきた引退した地質学者のグローバー氏は、「ここは数十億ドル規模の産業だ」とワイアード誌に大笑いしながら語った。「ここを車で通り過ぎても、おそらく気づくことはないでしょうし、おそらく今後も知ることはないでしょう。」

スプルースパインにあるシベルコの工場群。写真: シベルコ — スプルースパインにあるシベルコの工場群。写真:*シベルコ*

21 世紀において、特に半導体分野において砂はこれまで以上に重要になっています。世界の砂のほとんどは、シリカとしても知られる二酸化ケイ素の一種である石英でできています。高純度二酸化ケイ素粒子は、コンピューターチップ、光ファイバーケーブル、その他のハイテクハードウェアの製造に不可欠な原料です。これらの製品に使用される石英の量は、コンクリートや土壌の改良に使用される大量の石英と比較するとごくわずかです。しかし、デジタル時代においてその影響は計り知れません。

純粋な石英を精製するのは難しいですが、スプルースパインには世界で最も純粋であると考えられている巨大な石英鉱床が埋蔵されています。これは、約 3 億 8000 万年前、アフリカ大陸とアメリカ大陸が衝突した際に地質学的変動が起こり、2,000 度を超える温度で摩擦が生じ、ペグマタイトと呼ばれる岩の層が溶けたという、特異な地質学的歴史の結果です。 100年後、地中深くに埋もれたこの溶岩は冷えて再結晶化します。地質学的活動により、それらは地表に現れ始めました。

長年にわたり、地元の人々はペグマタイトを掘り出し、手工具や原始的な機械で砕き、長石と雲母を分離して利用してきましたが、石英は「ゴミ」とみなされ、建築用砂を作るのにしか適さないか、捨てられていました。しかし、1950年代半ば、何千マイルも離れたノースカロライナ州で、カリフォルニア州のエンジニアのグループが半導体用の純粋な石英の研究を始めました。

当時、半導体市場は急速に活況を呈していました。テキサス・インスツルメンツ、モトローラ、その他の企業は、コンピューターで使用するためのより小型で効率的なトランジスタを作成する競争を開始しました。トランジスタに使われる材料の 1 つはゲルマニウムとシリコンです。

シベルコはスプルースパインで石英鉱石を採掘しています。写真: シベルコ — シベルコはスプルースパインで石英鉱石を採掘しています。写真:*シベルコ*

画期的な進歩は1959年に起こった。フェアチャイルドセミコンダクター社のロバート・ノイスとその同僚が、指の爪ほどの大きさの高純度シリコン片に複数のトランジスタを詰め込む方法を考案したのだ。 NASA は宇宙探査プログラムで使用するためにフェアチャイルドのマイクロチップを選択し、そこから同社のチップ売上は急速に成長しました。

こうしたチップの作成は非常に複雑なプロセスです。基本的に純粋なシリコンが必要です。ほんのわずかな不純物でもすべてが台無しになってしまうからです。シリコンは地球上で最も豊富な元素の 1 つなので、見つけるのは簡単です。ただし、抽出には多くの手順が必要です。純粋な石英を使用すると、時間とコストが大幅に削減されます。

通常、砂は電気炉で高温で加熱され、化学反応を起こして酸素の大部分を分離し、99%の純粋なシリコンを残します。しかし、それだけでは十分ではありません。ソーラーパネル用のシリコンは純度 99.999999% が求められますが、コンピューターチップの場合はさらに高い 99.99999999999% の純度が求められます。しかし、スプルースパインからの石英の場合、純度は 99.998%、さらには 99.9992% に達する可能性があり、これは不純物を分離するコストを大幅に削減する要因となります。

しかし、純粋な石英であっても、誰もが純粋なシリコンを精製できるわけではありません。「スプルースパインにある1本の道路に現代経済が集中しており、その道路は超高純度の石英を採掘・精製するシベルコ・ノース・アメリカの施設に通じている」と、ペンシルベニア大学ウォートン校のAIと半導体の専門家であるイーサン・モリック教授はトムズ・ハードウェアに語った。

シベルコは自社のウェブサイトで、「チップ製造におけるシリコンウエハーの精製に使用される石英の唯一のサプライヤー」であると主張している。しかし、同社の存在は半導体分野ではTSMC、インテル、ASML、サムスンほど知られていない。

一部の専門家は、シベルコ社の独自性は、同社が生産する溶融石英が半導体製造、ソーラーパネルの太陽電池、通信ケーブルの光ファイバーなどにおいて「優れた」光学的、機械的、熱的特性を備えているという事実によって実証されていると述べている。

モリック氏によれば、特にシベルコ、そして一般的にスプルースパインの重要性は非常に大きいとのこと。コンウェイ氏は、著書『The Material World』から抜粋し、3月24日にXに投稿した記事の中で、スプルースパインやその上空で何か悪いことが起こった場合、「コンピューターチップ製造の終焉」が訪れると主張している。

「理由の如何を問わず、スプルースパインにおける石英採掘作業の突然の停止や中断は、半導体製造を何年も遅らせるような『極めて壊滅的な』事故を引き起こす可能性がある」とモリック氏は付け加えた。

バオ・ラム

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