De enige plek waar de wereld van de halfgeleiderindustrie afhankelijk is

Spruce Pine beschikt over de zuiverste kwartsmijn ter wereld en Sibelco is het bedrijf dat het fijnste kwarts raffineert voor de halfgeleiderindustrie.

Appalachen en sparrenhout - dit land is niet rijk, het centrum heeft alleen een treinstation, een paar bakstenen huizen met twee verdiepingen en een al lang gesloten bioscoop. De omliggende bergen zijn echter rijk aan gewilde mineralen, waarvan sommige waardevol zijn voor industrieel gebruik, met name kwarts.

In tegenstelling tot alle andere kwartssoorten op aarde bevat Spruce Pine echter de zuiverste natuurlijke kwarts. Deze extreem superieure afzetting van siliciumdioxidedeeltjes speelt een cruciale rol bij de productie van silicium voor halfgeleiderchips.

Glover, een gepensioneerde geoloog die tientallen jaren op zoek was naar waardevolle mineralen in de heuvels en valleien van de Appalachen en het Spruce Pine-gebergte, zei: "Het is hier een miljardenindustrie", vertelde Glover lachend aan Wired . "Je zou het niet zeggen als je hier doorheen rijdt, en je zult het waarschijnlijk ook nooit weten."

Het plantencomplex van Sibelco in Spruce Pine. Foto: Sibelco

In de 21e eeuw is zand belangrijker dan ooit, vooral in de halfgeleiderindustrie. Het grootste deel van het zand ter wereld bestaat uit kwarts, een vorm van siliciumdioxide, ook wel silica genoemd. Hoogzuivere siliciumdioxidedeeltjes zijn een essentiële grondstof voor de productie van computerchips, glasvezelkabels en andere hightech hardware. De hoeveelheid kwarts die voor deze producten wordt gebruikt, is minuscuul vergeleken met de bergen kwarts die worden gebruikt om beton of grond te verbeteren. Maar de impact ervan is onmeetbaar in het digitale tijdperk.

Het raffineren van zuiver kwarts is erg moeilijk, maar Spruce Pine is gezegend met een enorme kwartsafzetting en wordt beschouwd als de zuiverste ter wereld. Het is het resultaat van een unieke geologische geschiedenis, toen ongeveer 380 miljoen jaar geleden geologische bewegingen tussen het Afrikaanse continent en Amerika wrijving veroorzaakten met temperaturen van meer dan 2000 graden Celsius, waardoor gesteentelagen, pegmatiet genaamd, smolten. 100 jaar later koelde dit gesmolten gesteente, diep onder de grond begraven, af en herkristalliseerde het. Door geologische activiteit begonnen ze naar de oppervlakte te komen.

Jarenlang groeven de lokale bewoners pegmatieten op, verpulverden ze met handgereedschap of rudimentaire machines en scheidden de veldspaat en mica voor gebruik. Het kwarts bleef over als 'afval', alleen geschikt voor bouwzand of werd weggegooid. Maar halverwege de jaren vijftig, duizenden kilometers verderop in North Carolina, begon een groep ingenieurs in Californië onderzoek te doen naar zuiver kwarts voor halfgeleiders.

In die tijd bloeide de markt voor transistors razendsnel. Texas Instruments, Motorola en andere bedrijven begonnen te racen om kleinere, efficiëntere transistors te ontwikkelen voor gebruik in computers. Tot de materialen die in transistors werden gebruikt, behoorden germanium en silicium.

Sibelco delft kwartserts in Spruce Pine. Foto: Sibelco

De doorbraak kwam in 1959, toen Robert Noyce en zijn collega's van Fairchild Semiconductor erachter kwamen hoe ze meerdere transistors op een stukje silicium met een hoge zuiverheidsgraad ter grootte van een vingernagel konden proppen. NASA koos Fairchilds microchips voor gebruik in hun ruimtevaartprogramma, en de chipverkoop van het bedrijf groeide snel.

Het maken van deze chips is een zeer complex proces. Ze vereisen in principe zuiver silicium, omdat de kleinste onzuiverheid alles kan verpesten. Silicium is gemakkelijk te vinden omdat het een van de meest voorkomende elementen op aarde is. Het vereist echter veel winning. Het gebruik van zuiver kwarts bespaart tijd en geld.

Normaal gesproken wordt zand in een elektrische oven op hoge temperatuur gebakken om een ​​chemische reactie te creëren die het grootste deel van de zuurstof afsplitst, waardoor 99% zuiver silicium overblijft. Dat is echter niet voldoende. Silicium voor zonnepanelen moet 99,999999% zuiver zijn, terwijl computerchips nog strengere eisen stellen, namelijk 99,9999999999%. Maar met kwarts van Spruce Pine kan de zuiverheid oplopen tot 99,998%, zelfs 99,9992% - een factor die de kosten voor het scheiden van onzuiverheden aanzienlijk verlaagt.

Kwarts na raffinage. Foto: Sibelco

Maar zelfs met zuiver kwarts kan niet iedereen zuiver silicium raffineren. "De moderne economie is gebaseerd op één straat in Spruce Pine, die leidt naar de vestiging van Sibelco North America, een bedrijf dat kwarts met ultrahoge zuiverheid mijnt en raffineert", vertelde Ethan Mollick, een professor die AI en halfgeleiders bestudeert aan de Wharton School of Business van de Universiteit van Pennsylvania, aan Tom's Hardware .

Op haar website beweert Sibelco ook "de enige leverancier van kwarts te zijn voor het verfijnen van siliciumwafers in de chipproductie". Het bestaan ​​van het bedrijf is echter minder bekend dan dat van TSMC, Intel, ASML of Samsung in de halfgeleidersector.

Volgens sommige deskundigen blijkt het unieke karakter van Sibelco uit het feit dat het gesmolten kwarts dat het bedrijf produceert, uitstekende optische, mechanische en thermische eigenschappen bezit voor de productie van halfgeleiders, fotovoltaïsche cellen in zonnepanelen en optische vezels in telecommunicatiekabels.

Volgens Mollick is het belang van Sibelco in het bijzonder en Spruce Pine in het algemeen enorm. Hij citeert Conways boek The Material World, dat op 24 maart op X werd gepubliceerd, en stelt dat er "het einde van de productie van computerchips" zou zijn als er iets ergs zou gebeuren bij Spruce Pine of de lucht erboven.

"Ongeacht de reden, een plotselinge sluiting of verstoring van de kwartsmijnactiviteiten bij Spruce Pine zou een 'vrij catastrofaal' incident kunnen veroorzaken, dat de productie van chips met jaren zou kunnen terugdraaien", aldus Mollick.

Bao Lam

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