สถานที่เดียวที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของโลกขึ้นอยู่กับ

Spruce Pine เป็นที่ตั้งของเหมืองควอตซ์ที่บริสุทธิ์ที่สุด ในโลก และ Sibelco เป็นบริษัทที่กลั่นควอตซ์คุณภาพดีที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

แอปพาเลเชียนไพน์และสปรูซไพน์ - ดินแดนแห่งนี้ไม่ได้อุดมสมบูรณ์นัก ใจกลางเมืองมีเพียงสถานีรถไฟ บ้านอิฐสองชั้นไม่กี่หลัง และโรงภาพยนตร์ที่ปิดตัวไปนานแล้ว อย่างไรก็ตาม ภูเขาโดยรอบอุดมไปด้วยแร่ธาตุที่พึงประสงค์ ซึ่งบางชนิดมีคุณค่าสำหรับการนำไปใช้ในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะควอตซ์

อย่างไรก็ตาม ควอตซ์สปรูซไพน์มีควอตซ์ธรรมชาติที่บริสุทธิ์ที่สุด ซึ่งแตกต่างจากควอตซ์ชนิดอื่นๆ บนโลก การสะสมอนุภาคซิลิคอนไดออกไซด์อย่างเหนือชั้นนี้มีบทบาทสำคัญในการผลิตซิลิคอนที่ใช้ทำชิปเซมิคอนดักเตอร์

โกลเวอร์ นักธรณีวิทยาเกษียณอายุผู้ใช้เวลาหลายสิบปีในการล่าหาแร่ธาตุอันมีค่าบนเนินเขาและหุบเขาของเทือกเขาแอปพาเลเชียนและสปรูซไพน์ กล่าวว่า “ที่นี่เป็นอุตสาหกรรมมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์” โกลเวอร์กล่าวกับ Wired พร้อมเสียงหัวเราะ “คุณคงไม่รู้หรอกถ้าขับรถผ่านที่นี่ และคุณก็คงไม่มีวันรู้ด้วยซ้ำ”

โรงงานของ Sibelco ใน Spruce Pine ภาพ: Sibelco — โรงงานของ Sibelco ใน Spruce Pine ภาพ: *Sibelco*

ในศตวรรษที่ 21 ทรายมีความสำคัญมากขึ้นกว่าที่เคย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ทรายส่วนใหญ่ของโลกทำจากควอตซ์ ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของซิลิคอนไดออกไซด์ หรือที่รู้จักกันในชื่อซิลิกา อนุภาคซิลิคอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ สายใยแก้วนำแสง และฮาร์ดแวร์ไฮเทคอื่นๆ ปริมาณควอตซ์ที่ใช้ในผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีน้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาณควอตซ์มหาศาลที่ใช้ปรับปรุงคอนกรีตหรือดิน แต่ผลกระทบจากควอตซ์นั้นมหาศาลในยุคดิจิทัล

การกลั่นควอตซ์บริสุทธิ์นั้นยากมาก แต่ต้นสนสปรูซมีแหล่งควอตซ์ขนาดใหญ่และได้รับการยกย่องว่าเป็นควอตซ์ที่บริสุทธิ์ที่สุดในโลก เป็นผลมาจากประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาอันเป็นเอกลักษณ์ เมื่อประมาณ 380 ล้านปีก่อน การเคลื่อนตัวทางธรณีวิทยาระหว่างทวีปแอฟริกาและทวีปอเมริกาทำให้เกิดแรงเสียดทานที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,000 องศาเซลเซียส ทำให้ชั้นหินที่เรียกว่าเพกมาไทต์หลอมละลาย 100 ปีต่อมา หินหลอมเหลวที่ฝังอยู่ใต้ดินลึกนี้เย็นตัวลงและตกผลึกใหม่ ด้วยกิจกรรมทางธรณีวิทยา พวกมันจึงเริ่มลอยขึ้นมาสู่ผิวน้ำ

เป็นเวลาหลายปีที่ชาวบ้านขุดเพกมาไทต์ขึ้นมา บดด้วยเครื่องมือช่างหรือเครื่องจักรพื้นฐาน และแยกเฟลด์สปาร์และไมกาออกมาใช้งาน ทิ้งควอตซ์ไว้เป็น "ขยะ" เหมาะที่จะใช้เป็นทรายก่อสร้างหรือถูกทิ้ง แต่ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 ในรัฐนอร์ทแคโรไลนา ซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายพันไมล์ กลุ่มวิศวกรในรัฐแคลิฟอร์เนียได้เริ่มวิจัยควอตซ์บริสุทธิ์สำหรับสารกึ่งตัวนำ

ในเวลานั้น ตลาดทรานซิสเตอร์กำลังร้อนแรงขึ้นอย่างรวดเร็ว บริษัทเท็กซัส อินสตรูเมนต์ส, โมโตโรลา และบริษัทอื่นๆ เริ่มแข่งขันกันสร้างทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับใช้ในคอมพิวเตอร์ วัสดุที่ใช้ในทรานซิสเตอร์ ได้แก่ เจอร์เมเนียมและซิลิคอน

Sibelco ขุดแร่ควอตซ์ใน Spruce Pine ภาพ: Sibelco — Sibelco ขุดแร่ควอตซ์ใน Spruce Pine ภาพ: *Sibelco*

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญนี้เกิดขึ้นในปี 1959 เมื่อโรเบิร์ต นอยซ์ และเพื่อนร่วมงานของเขาที่บริษัทแฟร์ไชลด์ เซมิคอนดักเตอร์ ค้นพบวิธีการอัดทรานซิสเตอร์หลายตัวลงบนแผ่นซิลิคอนความบริสุทธิ์สูงขนาดเท่าเล็บมือ นาซาจึงเลือกใช้ไมโครชิปของแฟร์ไชลด์ในโครงการอวกาศ และยอดขายชิปของบริษัทก็เติบโตอย่างรวดเร็วนับจากนั้นเป็นต้นมา

การสร้างชิปเหล่านี้ถือเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก โดยพื้นฐานแล้วต้องใช้ซิลิคอนบริสุทธิ์ เพราะสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำลายทุกสิ่งได้ ซิลิคอนหาได้ง่ายเพราะเป็นหนึ่งในธาตุที่พบมากที่สุดในโลก อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนต้องใช้การสกัดจำนวนมาก การใช้ควอตซ์บริสุทธิ์จะช่วยประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย

โดยปกติแล้ว ทรายจะถูกเผาในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างปฏิกิริยาเคมีที่แยกออกซิเจนส่วนใหญ่ออก ทำให้เหลือซิลิคอนบริสุทธิ์ 99% อย่างไรก็ตาม นั่นยังไม่เพียงพอ ซิลิคอนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ต้องมีความบริสุทธิ์ 99.999999% ในขณะที่ชิปคอมพิวเตอร์ต้องการความบริสุทธิ์มากกว่าถึง 99.9999999999% แต่ด้วยควอตซ์จากสนสปรูซ ความบริสุทธิ์สามารถสูงถึง 99.998% หรือ 99.9992% ซึ่งเป็นปัจจัยที่ช่วยลดต้นทุนการแยกสิ่งเจือปนได้อย่างมาก

ควอตซ์หลังจากผ่านการขัดเกลาแล้ว ภาพ: Sibelco — ควอตซ์หลังจากผ่านการขัดเกลาแล้ว ภาพ: *Sibelco*

แต่ถึงแม้จะใช้ควอตซ์บริสุทธิ์ ก็ไม่ใช่ทุกคนที่สามารถกลั่นซิลิคอนบริสุทธิ์ได้ “ เศรษฐกิจ ยุคใหม่ตั้งอยู่บนถนนสายเดียวในสปรูซไพน์ ซึ่งนำไปสู่โรงงาน Sibelco North America ซึ่งเป็นบริษัทที่ขุดและกลั่นควอตซ์บริสุทธิ์สูงพิเศษ” อีธาน มอลลิค ศาสตราจารย์ผู้ศึกษาด้านปัญญาประดิษฐ์และเซมิคอนดักเตอร์ที่ Wharton School of Business มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย กล่าวกับ Tom’s Hardware

บนเว็บไซต์ของบริษัท Sibelco ยังอ้างว่าเป็น "ซัพพลายเออร์ควอตซ์รายเดียวสำหรับการกลั่นเวเฟอร์ซิลิคอนในการผลิตชิป" อย่างไรก็ตาม การดำรงอยู่ของบริษัทไม่ได้เป็นที่รู้จักมากเท่ากับ TSMC, Intel, ASML หรือ Samsung ในด้านเซมิคอนดักเตอร์

ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่าความพิเศษเฉพาะตัวของ Sibelco ได้รับการพิสูจน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าควอตซ์หลอมที่ผลิตขึ้นนั้นมีคุณสมบัติทางแสง เชิงกล และทางความร้อนที่ "ยอดเยี่ยม" สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ในแผงโซลาร์เซลล์ รวมถึงเส้นใยแก้วนำแสงในสายเคเบิลโทรคมนาคม

มอลลิคกล่าวว่า ความสำคัญของ Sibelco โดยเฉพาะและ Spruce Pine โดยรวมนั้นมหาศาล เขาอ้างอิงหนังสือ The Material World ของคอนเวย์ ซึ่งตีพิมพ์ในนิตยสาร X เมื่อวันที่ 24 มีนาคม โดยโต้แย้งว่า "การผลิตชิปคอมพิวเตอร์จะสิ้นสุดลง" หากมีเหตุการณ์เลวร้ายเกิดขึ้นที่ Spruce Pine หรือบนท้องฟ้าเหนือ Spruce Pine

“ไม่ว่าด้วยเหตุผลใด การปิดตัวกะทันหันหรือการหยุดชะงักของการดำเนินการขุดควอตซ์ที่ Spruce Pine อาจทำให้เกิดเหตุการณ์ 'เลวร้ายมาก' ที่อาจทำให้การผลิตชิปล่าช้าไปหลายปี” Mollick กล่าวเสริม

เบาลัม

ลิงค์ที่มา