Singurul loc de care depinde industria semiconductorilor din lume

Spruce Pine găzduiește cea mai pură mină de cuarț din lume , iar Sibelco este compania care rafinează cel mai fin cuarț pentru industria semiconductorilor.

Munții Appalachia și Pinul Spruce - acest ținut nu este bogat, zona centrală are doar o gară, câteva case din cărămidă cu două etaje, un cinematograf închis de mult timp. Cu toate acestea, munții din jur sunt bogați în minerale de dorit, unele valoroase pentru uz industrial, în special cuarț.

Spre deosebire de orice alt cuarț de pe Pământ, însă, Molidul-Pin are cel mai pur cuarț natural. Această depunere extrem de superioară de particule de dioxid de siliciu joacă un rol vital în producerea siliciului utilizat pentru fabricarea cipurilor semiconductoare.

Glover, un geolog pensionar care a petrecut decenii întregi căutând minerale valoroase pe versanții și văile Munților Apalași și Spruce Pine, a spus: „Este o industrie de miliarde de dolari aici”, a declarat Glover pentru Wired râzând. „Nu ți-ai da seama trecând cu mașina pe aici și probabil că nu vei reuși niciodată.”

Complexul de plante Sibelco din lemn de molid și pin. Fotografie: Sibelco — Complexul de plante Sibelco din lemn de molid și pin. Fotografie: *Sibelco*

În secolul XXI, nisipul a devenit mai important ca niciodată, în special în industria semiconductorilor. Cea mai mare parte a nisipului lumii este fabricată din cuarț, o formă de dioxid de siliciu, cunoscut și sub numele de silice. Particulele de dioxid de siliciu de înaltă puritate sunt o materie primă esențială pentru fabricarea cipurilor de computer, a cablurilor cu fibră optică și a altor componente hardware de înaltă tehnologie. Cantitatea de cuarț utilizată pentru aceste produse este mică în comparație cu munții de cuarț folosiți pentru îmbunătățirea betonului sau a solului. Dar impactul său este incomensurabil în era digitală.

Rafinarea cuarțului pur este foarte dificilă, dar Molidul-Pin este binecuvântat cu un zăcământ imens de cuarț și este considerat cel mai pur din lume. Este rezultatul unei istorii geologice unice, când, acum aproximativ 380 de milioane de ani, mișcările geologice dintre continentul african și cele două Americi au creat frecare cu temperaturi care depășeau 2.000 de grade Celsius, provocând topirea straturilor de rocă, numite pegmatită. 100 de ani mai târziu, această rocă topită îngropată adânc în pământ s-a răcit și s-a recristalizat. Prin activități geologice, acestea au început să se ridice la suprafață.

Ani de zile, localnicii au dezgropat pegmatite, le-au zdrobit cu unelte manuale sau utilaje rudimentare și au separat feldspatul și mica pentru utilizare, lăsând cuarțul drept „gunoi”, potrivit doar pentru nisipul de construcții sau aruncat. Dar la mijlocul anilor 1950, la mii de kilometri distanță, în Carolina de Nord, un grup de ingineri din California a început să cerceteze cuarțul pur pentru semiconductori.

În acea perioadă, piața tranzistoarelor se încingea rapid. Texas Instruments, Motorola și alte companii au început să se întreacă în crearea de tranzistoare mai mici și mai eficiente, destinate utilizării în computere. Printre materialele utilizate în tranzistoare s-au numărat germaniul și siliciul.

Sibelco exploatează minereu de cuarț în Spruce Pine. Foto: Sibelco — Sibelco exploatează minereu de cuarț în Spruce Pine. Foto: *Sibelco*

Descoperirea a venit în 1959, când Robert Noyce și colegii săi de la Fairchild Semiconductor au descoperit cum să înghesuie mai mulți tranzistori pe o bucată de siliciu de înaltă puritate, de mărimea unei unghii. NASA a ales microcipurile Fairchild pentru a le utiliza în programul său spațial, iar vânzările de cipuri ale companiei au crescut rapid de acolo.

Crearea acestor cipuri este un proces foarte complex. În esență, necesită siliciu pur, deoarece cea mai mică impuritate poate strica totul. Siliciul este ușor de găsit deoarece este unul dintre cele mai abundente elemente de pe Pământ. Cu toate acestea, necesită multă extracție. Utilizarea cuarțului pur ar economisi timp și bani.

În mod normal, nisipul este ars într-un cuptor electric la temperaturi ridicate pentru a crea o reacție chimică ce separă cea mai mare parte a oxigenului, lăsând în urmă siliciu pur în proporție de 99%. Totuși, acest lucru nu este suficient. Siliciul pentru panourile solare trebuie să aibă o puritate de 99,999999%, în timp ce cipurile de computer sunt și mai exigente, de 99,9999999999%. Dar cu cuarțul din molid și pin, puritatea poate ajunge la 99,998%, chiar 99,9992% - un factor care reduce semnificativ costul separării impurităților.

Cuarț după rafinare. Foto: Sibelco — Cuarț după rafinare. Foto: *Sibelco*

Însă, chiar și cu cuarț pur, nu toată lumea poate rafina siliciu pur. „ Economia modernă se bazează pe o singură stradă din Spruce Pine, care duce la fabrica Sibelco North America, o companie care extrage și rafinează cuarț de puritate ultra-înaltă”, a declarat pentru Tom’s Hardware Ethan Mollick, profesor care studiază inteligența artificială și semiconductorii la Wharton School of Business din cadrul Universității din Pennsylvania.

Pe site-ul său web, Sibelco susține, de asemenea, că este „singurul furnizor de cuarț pentru rafinarea napolitanelor de siliciu în fabricarea de cipuri”. Cu toate acestea, existența companiei nu este la fel de cunoscută ca cea a TSMC, Intel, ASML sau Samsung în domeniul semiconductorilor.

Unicitatea Sibelco, spun unii experți, este demonstrată de faptul că cuarțul topit pe care îl produce oferă proprietăți optice, mecanice și termice „excelente” pentru fabricarea semiconductorilor, a celulelor fotovoltaice din panourile solare, precum și a fibrelor optice din cablurile de telecomunicații.

Potrivit lui Mollick, importanța Sibelco în special și a Spruce Pine în general este imensă. Citând din cartea lui Conway, Lumea Materială, publicată pe X pe 24 martie, el susține că ar exista „sfârșitul producției de cipuri de computer” dacă s-ar întâmpla ceva rău la Spruce Pine sau la cerul de deasupra lui.

„Indiferent de motiv, orice oprire bruscă sau întrerupere a operațiunilor de exploatare a cuarțului de la Spruce Pine ar putea provoca un incident «destul de catastrofal» care ar putea întârzia producția de așchii cu ani de zile”, a adăugat Mollick.

Bao Lam

Legătură sursă