Det eneste stedet verdens halvlederindustri er avhengig av

Spruce Pine er hjemsted for verdens reneste kvartsgruve, og Sibelco er selskapet som raffinerer den fineste kvartsen til halvlederindustrien.

Appalachian og granfuru – dette landet er ikke rikt, sentrumsområdet har bare en togstasjon, noen få toetasjes murhus og en kino som lenge har vært nedlagt. De omkringliggende fjellene er imidlertid rike på ettertraktede mineraler, noen verdifulle for industriell bruk, spesielt kvarts.

I motsetning til all annen kvarts på jorden har imidlertid granfuru den reneste naturlige kvartsen. Denne ekstremt overlegne avsetningen av silisiumdioksidpartikler spiller en viktig rolle i produksjonen av silisium som brukes til å lage halvlederbrikker.

Glover, en pensjonert geolog som har brukt flere tiår på å lete etter verdifulle mineraler i åssidene og dalene i Appalachene og Spruce Pine Mountains, sa: «Det er en milliardindustri her», fortalte Glover lattermildt til Wired . «Du ville ikke visst det fra å kjøre gjennom her, og du vil sannsynligvis aldri gjøre det.»

Sibelcos plantekompleks i furu. Foto: Sibelco

I det 21. århundre har sand blitt viktigere enn noensinne, spesielt i halvlederindustrien. Mesteparten av verdens sand er laget av kvarts, en form for silisiumdioksid, også kjent som silika. Høyrenhets silisiumdioksidpartikler er et viktig råmateriale for å lage databrikker, fiberoptiske kabler og annen høyteknologisk maskinvare. Mengden kvarts som brukes til disse produktene er liten sammenlignet med fjellene av kvarts som brukes til å forbedre betong eller jord. Men effekten er umålelig i den digitale tidsalderen.

Det er svært vanskelig å raffinere ren kvarts, men granfuru er velsignet med en enorm kvartsforekomst og regnes som den reneste i verden. Det er et resultat av en unik geologisk historie, da geologiske bevegelser mellom det afrikanske kontinentet og Amerika for omtrent 380 millioner år siden skapte friksjon med temperaturer over 2000 grader Celsius, noe som førte til at lag av stein, kalt pegmatitt, smeltet. 100 år senere ble denne smeltede steinen begravet dypt under jorden avkjølt og omkrystallisert. Gjennom geologiske aktiviteter begynte de å stige til overflaten.

I årevis gravde lokalbefolkningen opp pegmatitter, knuste dem med håndverktøy eller rudimentære maskiner, og separerte feltspat og glimmer for bruk, slik at kvartsen ble etterlatt som «søppel», enten egnet til byggesand eller kastet. Men på midten av 1950-tallet, tusenvis av kilometer unna i Nord-Carolina, begynte en gruppe ingeniører i California å forske på ren kvarts for halvledere.

På den tiden var transistormarkedet i rask oppvarming. Texas Instruments, Motorola og andre selskaper begynte å konkurrere om å lage mindre, mer effektive transistorer til bruk i datamaskiner. Blant materialene som ble brukt i transistorer var germanium og silisium.

Sibelco utvinner kvartsmalm i granfuru. Foto: Sibelco

Gjennombruddet kom i 1959, da Robert Noyce og kollegene hans hos Fairchild Semiconductor fant ut hvordan de kunne stappe flere transistorer inn i et stykke høyrent silisium på størrelse med en negl. NASA valgte Fairchilds mikrobrikker til bruk i romprogrammet sitt, og selskapets brikkesalg vokste raskt derfra.

Å lage disse brikkene er en svært kompleks prosess. De krever i hovedsak rent silisium, fordi den minste urenhet kan ødelegge alt. Silisium er lett å finne fordi det er et av de mest forekommende grunnstoffene på jorden. Det krever imidlertid mye utvinning. Å bruke ren kvarts ville spart tid og penger.

Normalt brennes sand i en elektrisk ovn ved høye temperaturer for å skape en kjemisk reaksjon som separerer mesteparten av oksygenet, og etterlater 99 % rent silisium. Det er imidlertid ikke nok. Silisium til solcellepaneler må være 99,999999 % rent, mens databrikker er enda mer krevende, 99,99999999999 %. Men med kvarts fra granfuru kan renheten nå 99,998 %, til og med 99,9992 % – en faktor som reduserer kostnadene ved å separere urenheter betydelig.

Kvarts etter raffinering. Foto: Sibelco

Men selv med ren kvarts kan ikke alle raffinere rent silisium. «Den moderne økonomien er basert på én gate i Spruce Pine, som fører til Sibelco North America-anlegget, et selskap som utvinner og raffinerer kvarts med ultrahøy renhet», fortalte Ethan Mollick, en professor som studerer kunstig intelligens og halvledere ved Wharton School of Business ved University of Pennsylvania, til Tom’s Hardware .

På nettsiden sin hevder Sibelco også å være «den eneste leverandøren av kvarts for raffinering av silisiumskiver i chipproduksjon.» Selskapets eksistens er imidlertid ikke like kjent som TSMC, Intel, ASML eller Samsung innen halvlederfeltet.

Sibelcos unikhet, sier noen eksperter, demonstreres av det faktum at den smeltede kvartsen de produserer tilbyr "utmerkede" optiske, mekaniske og termiske egenskaper for halvlederproduksjon, solceller i solcellepaneler samt optiske fibre i telekommunikasjonskabler.

Ifølge Mollick er viktigheten av Sibelco spesielt og Spruce Pine generelt enorm. Han siterer fra Conways bok The Material World, publisert på X 24. mars, og argumenterer for at det ville bli «slutt på databrikkeproduksjon» hvis noe galt skjedde ved Spruce Pine eller himmelen over den.

«Uansett årsak, kan enhver plutselig nedstengning eller forstyrrelse i kvartsgruvedriften ved Spruce Pine forårsake en «ganske katastrofal» hendelse som kan sette tilbake flisproduksjonen med flere år», la Mollick til.

Bao Lam

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