Jedyne miejsce, od którego zależy światowy przemysł półprzewodników

W Spruce Pine znajduje się najczystsza kopalnia kwarcu na świecie , a Sibelco to firma, która rafinuje najwyższej jakości kwarc na potrzeby przemysłu półprzewodnikowego.

Appalachy i sosna świerkowa – ta ziemia nie jest bogata, w centrum miasta znajduje się jedynie stacja kolejowa, kilka dwupiętrowych domów z cegły i dawno zamknięte kino. Okoliczne góry są jednak bogate w pożądane minerały, niektóre cenne dla przemysłu, zwłaszcza kwarc.

Jednak w przeciwieństwie do jakiegokolwiek innego kwarcu na Ziemi, Spruce Pine ma najczystszy naturalny kwarc. To niezwykle skuteczne osadzanie cząsteczek dwutlenku krzemu odgrywa kluczową rolę w produkcji krzemu wykorzystywanego do produkcji układów scalonych półprzewodnikowych.

Glover, emerytowany geolog, który spędził dekady na poszukiwaniu cennych minerałów na zboczach i w dolinach Appalachów i Gór Spruce Pine, powiedział: „To tutejszy przemysł wart miliardy dolarów” – powiedział Glover ze śmiechem w wywiadzie dla Wired . „Nie domyśliłbyś się tego, jadąc tędy, i prawdopodobnie nigdy się nie dowiesz”.

Kompleks roślinny Sibelco w Spruce Pine. Zdjęcie: Sibelco

W XXI wieku piasek stał się ważniejszy niż kiedykolwiek, szczególnie w przemyśle półprzewodników. Większość piasku na świecie składa się z kwarcu, formy dwutlenku krzemu, znanego również jako krzemionka. Cząsteczki dwutlenku krzemu o wysokiej czystości są niezbędnym surowcem do produkcji chipów komputerowych, światłowodów i innego zaawansowanego technologicznie sprzętu. Ilość kwarcu wykorzystywanego do tych produktów jest niewielka w porównaniu z górami kwarcu używanymi do ulepszania betonu lub gleby. Jednak jego wpływ jest niemierzalny w erze cyfrowej.

Rafinacja czystego kwarcu jest bardzo trudna, ale Spruce Pine jest obdarzony ogromnymi złożami kwarcu i uważany jest za najczystszy na świecie. Jest to wynik wyjątkowej historii geologicznej, kiedy około 380 milionów lat temu ruchy geologiczne między kontynentem afrykańskim a Ameryką wywołały tarcie o temperaturze przekraczającej 2000 stopni Celsjusza, powodując stopienie warstw skał zwanych pegmatytami. 100 lat później ta stopiona skała, zakopana głęboko pod ziemią, ostygła i rekrystalizowała. W wyniku działalności geologicznej zaczęła ona wypływać na powierzchnię.

Przez lata miejscowi wykopywali pegmatyty, kruszyli je ręcznymi narzędziami lub prymitywnymi maszynami, a następnie oddzielali skaleń i mikę, aby je wykorzystać, pozostawiając kwarc jako „śmieci”, nadający się jedynie do budowy piasku lub wyrzucany. Jednak w połowie lat 50. XX wieku, tysiące mil dalej, w Karolinie Północnej, grupa inżynierów z Kalifornii rozpoczęła badania nad czystym kwarcem do produkcji półprzewodników.

W tamtym czasie rynek tranzystorów dynamicznie się rozkręcał. Texas Instruments, Motorola i inne firmy zaczęły się ścigać w tworzeniu mniejszych i bardziej wydajnych tranzystorów do zastosowań w komputerach. Wśród materiałów używanych w tranzystorach znajdowały się german i krzem.

Sibelco wydobywa rudę kwarcową w Spruce Pine. Zdjęcie: Sibelco

Przełom nastąpił w 1959 roku, kiedy Robert Noyce i jego koledzy z Fairchild Semiconductor odkryli, jak zmieścić wiele tranzystorów na kawałku krzemu o wysokiej czystości wielkości paznokcia. NASA wybrała mikroprocesory Fairchild do wykorzystania w swoim programie kosmicznym, a sprzedaż układów scalonych firmy od tego momentu gwałtownie wzrosła.

Tworzenie tych chipów to bardzo złożony proces. Zasadniczo wymagają one czystego krzemu, ponieważ najmniejsze zanieczyszczenie może wszystko zepsuć. Krzem jest łatwy do znalezienia, ponieważ jest jednym z najpowszechniejszych pierwiastków na Ziemi. Wymaga jednak intensywnego wydobycia. Użycie czystego kwarcu pozwoliłoby zaoszczędzić czas i pieniądze.

Zazwyczaj piasek jest wypalany w piecu elektrycznym w wysokich temperaturach, co prowadzi do reakcji chemicznej, która oddziela większość tlenu, pozostawiając krzem o czystości 99%. To jednak nie wystarczy. Krzem do paneli słonecznych musi mieć czystość 99,999999%, podczas gdy chipy komputerowe są jeszcze bardziej wymagające – 99,9999999999%. Jednak w przypadku kwarcu z sosny świerkowej czystość może sięgać 99,998%, a nawet 99,9992% – co znacznie obniża koszty separacji zanieczyszczeń.

Kwarc po rafinacji. Zdjęcie: Sibelco

Ale nawet z czystym kwarcem nie każdy może rafinować czysty krzem. „Współczesna gospodarka opiera się na jednej ulicy w Spruce Pine, która prowadzi do zakładu Sibelco North America, firmy wydobywającej i rafinującej kwarc o ultrawysokiej czystości” – powiedział magazynowi Tom’s Hardware Ethan Mollick, profesor badający sztuczną inteligencję i półprzewodniki w Wharton School of Business na Uniwersytecie Pensylwanii.

Na swojej stronie internetowej firma Sibelco twierdzi również, że jest „jedynym dostawcą kwarcu do rafinacji płytek krzemowych w produkcji układów scalonych”. Jednak istnienie tej firmy nie jest tak znane w branży półprzewodników, jak TSMC, Intel, ASML czy Samsung.

Niektórzy eksperci twierdzą, że wyjątkowość firmy Sibelco przejawia się w tym, że produkowany przez nią kwarc topiony oferuje „doskonałe” właściwości optyczne, mechaniczne i termiczne, przydatne w produkcji półprzewodników, ogniw fotowoltaicznych w panelach słonecznych, a także włókien optycznych w kablach telekomunikacyjnych.

Według Mollicka, znaczenie Sibelco w szczególności, a Spruce Pine w ogóle, jest ogromne. Cytując książkę Conwaya „The Material World”, opublikowaną w X 24 marca, argumentuje on, że nastąpiłby „koniec produkcji chipów komputerowych”, gdyby coś złego wydarzyło się w Spruce Pine lub na niebie nad nią.

„Niezależnie od przyczyny, jakiekolwiek nagłe zatrzymanie lub zakłócenie wydobycia kwarcu w kopalni Spruce Pine może spowodować «całkiem katastrofalny» incydent, który może opóźnić produkcję wiórów o lata” – dodał Mollick.

Bao Lam

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