สถานที่เดียวที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของโลกต้องพึ่งพา

เมืองสปรูซไพน์เป็นที่ตั้งของเหมืองควอตซ์ที่บริสุทธิ์ที่สุด ในโลก และบริษัทซิเบลโคเป็นผู้นำด้านการกลั่นควอตซ์สำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

แอปพาเลเชียนและสปรูซไพน์ – บริเวณนี้ไม่ใช่พื้นที่ร่ำรวย ศูนย์กลางเมืองมีเพียงสถานีรถไฟ อาคารอิฐสองชั้นไม่กี่แถว และโรงภาพยนตร์ที่ปิดไปนานแล้ว อย่างไรก็ตาม ภูเขารอบๆ นั้นอุดมไปด้วยแร่ธาตุที่น่าสนใจ บางชนิดมีค่าสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งควอตซ์

อย่างไรก็ตาม แตกต่างจากควอตซ์ชนิดอื่นๆ บนโลก ควอตซ์จากต้นสนสปรูซนั้นมีความบริสุทธิ์ที่สุดในบรรดาควอตซ์ธรรมชาติทั้งหมด การสะสมตัวของอนุภาคซิลิคอนไดออกไซด์ที่เหนือกว่าอย่างโดดเด่นนี้ มีบทบาทสำคัญในการผลิตซิลิคอนที่ใช้ในการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์

โกลเวอร์ นักธรณีวิทยาเกษียณอายุที่ใช้เวลาหลายสิบปีในการค้นหาแร่ธาตุมีค่าในเนินเขาและแอ่งต่างๆ ของเทือกเขาแอปพาเลเชียนและสปรูซไพน์ ประเมินว่า "ที่นี่เป็นอุตสาหกรรมมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์" โกลเวอร์บอกกับ Wired พร้อมกับหัวเราะอย่างสนุกสนาน "คุณคงไม่รู้หรอกถ้าขับรถผ่านที่นี่ และคุณอาจจะไม่มีวันรู้เลยด้วยซ้ำ"

โรงงานของ Sibelco ในเมืองสปรูซไพน์ ภาพถ่าย: Sibelco

ในศตวรรษที่ 21 ทรายมีความสำคัญมากกว่าที่เคย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ทรายส่วนใหญ่ในโลกประกอบด้วยควอตซ์ ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของซิลิคอนไดออกไซด์ หรือที่รู้จักกันในชื่อซิลิกา อนุภาคซิลิคอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ สายเคเบิลใยแก้วนำแสง และฮาร์ดแวร์ไฮเทคอื่นๆ ปริมาณควอตซ์ที่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีน้อยเมื่อเทียบกับควอตซ์จำนวนมหาศาลที่ใช้ในการปรับปรุงคอนกรีตหรือดิน แต่ผลกระทบของมันในยุคดิจิทัลนั้นประเมินค่าไม่ได้

การกลั่นควอตซ์บริสุทธิ์นั้นยากมาก แต่สปรูซไพน์โชคดีที่มีแหล่งแร่ควอตซ์บริสุทธิ์ที่สุดในโลกขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นผลมาจากประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาที่ไม่เหมือนใคร เมื่อประมาณ 380 ล้านปีก่อน การเคลื่อนตัวทางธรณีวิทยาระหว่างทวีปแอฟริกาและอเมริกาทำให้เกิดแรงเสียดทานและอุณหภูมิสูงกว่า 2,000 องศาเซลเซียส ส่งผลให้ชั้นหินที่เรียกว่าเพกมาไทต์หลอมละลาย หนึ่งร้อยปีต่อมา หินหลอมเหลวนี้ซึ่งฝังอยู่ใต้ดินลึกได้เย็นตัวลงและตกผลึกใหม่ ผ่านกระบวนการทางธรณีวิทยา มันจึงเริ่มลอยขึ้นสู่พื้นผิว

เป็นเวลาหลายปีที่ชาวบ้านในพื้นที่ขุดแร่เพกมาไทต์ บดด้วยเครื่องมือมือหรือเครื่องจักรแบบดั้งเดิม แยกเฟลด์สปาร์และไมกาเพื่อนำไปใช้ ในขณะที่ควอตซ์ถือเป็น "ของเหลือทิ้ง" เหมาะสำหรับใช้เป็นทรายก่อสร้างหรือทิ้งไปเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 ห่างออกไปหลายพันไมล์จากนอร์ทแคโรไลนา กลุ่มวิศวกรในแคลิฟอร์เนียได้เริ่มวิจัยควอตซ์บริสุทธิ์เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

ในเวลานั้น ตลาดทรานซิสเตอร์กำลังคึกคักอย่างรวดเร็ว บริษัทเท็กซัส อินสตรูเมนต์ส โมโตโรลา และบริษัทอื่นๆ เริ่มแข่งขันกันสร้างทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าเพื่อใช้ในคอมพิวเตอร์ วัสดุบางชนิดที่พบในทรานซิสเตอร์ ได้แก่ เจอร์มาเนียมและซิลิคอน

บริษัท Sibelco ขุดแร่ควอตซ์ในเมืองสปรูซไพน์ ภาพ: Sibelco

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกิดขึ้นในปี 1959 เมื่อโรเบิร์ต นอยซ์และเพื่อนร่วมงานของเขาที่บริษัทแฟร์ไชลด์ เซมิคอนดักเตอร์ ค้นพบวิธีที่จะบรรจุทรานซิสเตอร์หลายตัวลงในซิลิคอนบริสุทธิ์สูงขนาดเท่าเล็บมือ นาซาเลือกใช้ไมโครชิปของแฟร์ไชลด์ในโครงการสำรวจอวกาศ และยอดขายชิปของบริษัทก็พุ่งสูงขึ้นนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

การสร้างชิปเหล่านั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อ โดยพื้นฐานแล้ว พวกมันต้องการซิลิคอนบริสุทธิ์ เพราะแม้แต่สิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยก็จะทำให้ทุกอย่างเสียหาย การหาซิลิคอนนั้นง่าย เพราะเป็นหนึ่งในธาตุที่มีอยู่มากที่สุดบนโลก อย่างไรก็ตาม มันต้องผ่านขั้นตอนการสกัดหลายขั้นตอน การใช้ควอตซ์บริสุทธิ์จะช่วยลดทั้งเวลาและต้นทุนได้อย่างมาก

โดยทั่วไป ทรายจะถูกให้ความร้อนในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่กำจัดออกซิเจนส่วนใหญ่ ทำให้คงไว้ซึ่งซิลิคอนบริสุทธิ์ 99% อย่างไรก็ตาม นั่นยังไม่เพียงพอ ซิลิคอนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ต้องมีความบริสุทธิ์ 99.999999% และสำหรับชิปคอมพิวเตอร์ ข้อกำหนดนั้นเข้มงวดกว่ามาก คือ 99.99999999999% แต่ด้วยควอตซ์จาก Spruce Pine ความบริสุทธิ์สามารถสูงถึง 99.998% หรือแม้กระทั่ง 99.9992% ซึ่งเป็นปัจจัยที่ช่วยลดต้นทุนในการกำจัดสิ่งเจือปนได้อย่างมาก

ควอตซ์หลังผ่านกระบวนการกลั่นแล้ว ภาพ: ซิเบลโก

แต่ถึงแม้จะมีควอตซ์บริสุทธิ์ ก็ไม่ใช่ทุกคนที่จะสามารถกลั่นซิลิคอนบริสุทธิ์ได้ “ เศรษฐกิจ สมัยใหม่ตั้งอยู่บนถนนสายเดียวในสปรูซไพน์ ซึ่งนำไปสู่โรงงานของ Sibelco North America บริษัทที่ขุดและกลั่นควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก” ศาสตราจารย์อีธาน มอลลิค ผู้เชี่ยวชาญด้านปัญญาประดิษฐ์และการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์จากโรงเรียนธุรกิจวอร์ตัน มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย กล่าวกับ Tom's Hardware

บนเว็บไซต์ของบริษัท Sibelco ยังอ้างว่าเป็น "ผู้จัดจำหน่ายควอตซ์แต่เพียงผู้เดียวสำหรับการกลั่นเวเฟอร์ซิลิคอนในกระบวนการผลิตชิป" อย่างไรก็ตาม บริษัทนี้ยังไม่เป็นที่รู้จักมากนักในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อเทียบกับ TSMC, Intel, ASML หรือ Samsung

ผู้เชี่ยวชาญบางคนเชื่อว่า การครองความเป็นเจ้าตลาดของ Sibelco นั้นเห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่า ควอตซ์หลอมเหลวที่บริษัทผลิตขึ้นนั้นมีคุณสมบัติทางแสง ทางกล และทางความร้อนที่ "ยอดเยี่ยม" สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ในแผงโซลาร์เซลล์ และใยแก้วนำแสงในสายเคเบิลโทรคมนาคม

ตามที่มอลลิคกล่าว ความสำคัญของซิเบลโกโดยเฉพาะ และสปรูซไพน์โดยทั่วไปนั้นมหาศาล โดยอ้างอิงจากหนังสือ *The Material World* ของคอนเวย์ ซึ่งตีพิมพ์ใน X เมื่อวันที่ 24 มีนาคม เขาให้เหตุผลว่า “การผลิตชิปคอมพิวเตอร์จะถึงจุดจบ” หากเกิดเหตุการณ์ร้ายแรงใดๆ ขึ้นที่สปรูซไพน์หรือในน่านฟ้าเหนือโรงงาน

"ไม่ว่าจะด้วยเหตุผลใดก็ตาม การปิดตัวหรือการหยุดชะงักอย่างกะทันหันของการทำเหมืองแร่ควอตซ์ที่สปรูซไพน์ อาจก่อให้เกิดเหตุการณ์ 'หายนะครั้งใหญ่' ซึ่งอาจทำให้ภาคการผลิตชิปชะลอตัวไปหลายปี" มอลลิคกล่าวเสริม

บาวลัม

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