สถานที่เดียวที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของโลกขึ้นอยู่กับ

Spruce Pine เป็นที่ตั้งของเหมืองควอตซ์ที่บริสุทธิ์ที่สุดในโลก และ Sibelco เป็นบริษัทที่กลั่นควอตซ์คุณภาพดีที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

Appalachian และ Spruce Pine ที่ดินแห่งนี้ไม่ใช่สถานที่ที่มีความอุดมสมบูรณ์ พื้นที่ใจกลางเมืองมีเพียงสถานีรถไฟ บ้านอิฐสองชั้นไม่กี่หลัง และโรงภาพยนตร์ที่ปิดไปนานแล้ว อย่างไรก็ตาม ภูเขาโดยรอบอุดมไปด้วยแร่ธาตุที่น่าสนใจหลากหลายชนิด ซึ่งบางชนิดมีคุณค่าสำหรับการใช้ในเชิงอุตสาหกรรม โดยเฉพาะควอตซ์

อย่างไรก็ตาม แตกต่างจากควอตซ์อื่นๆ บนโลก Spruce Pine เป็นควอตซ์ธรรมชาติที่บริสุทธิ์ที่สุด การสะสมอนุภาคซิลิกอนไดออกไซด์คุณภาพเยี่ยมเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการผลิตซิลิกอนที่ใช้ทำชิปเซมิคอนดักเตอร์

Glover นักธรณีวิทยาที่เกษียณอายุแล้ว ซึ่งใช้เวลาหลายสิบปีในการล่าหาแร่ธาตุอันมีค่าบนเนินเขาและหุบเขาในเทือกเขาแอปพาเลเชียนและสปรูซไพน์ ประเมินว่า "ที่นี่เป็นอุตสาหกรรมมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์" Glover บอกกับ Wired ด้วยเสียงหัวเราะเต็มที่ "คุณจะไม่รู้เรื่องนี้จากการขับรถผ่านที่นี่ และอาจจะไม่มีวันรู้เลยด้วยซ้ำ"

โรงงานของ Sibelco ที่ Spruce Pine ภาพถ่าย: Sibelco — โรงงานของ Sibelco ที่ Spruce Pine ภาพถ่าย: *Sibelco*

ในศตวรรษที่ 21 ทรายกลายเป็นสิ่งสำคัญมากกว่าที่เคย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาเซมิคอนดักเตอร์ ทรายส่วนใหญ่ของโลกประกอบด้วยควอตซ์ ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของซิลิกอนไดออกไซด์ หรือที่เรียกว่าซิลิกา อนุภาคซิลิกอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบสำคัญในการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ สายไฟเบอร์ออปติก และฮาร์ดแวร์ไฮเทคอื่นๆ ปริมาณควอตซ์ที่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีน้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาณควอตซ์มหาศาลที่ใช้ปรับปรุงคอนกรีตหรือดิน แต่ผลกระทบดังกล่าวนั้นไม่สามารถวัดได้ในยุคดิจิทัล

การกลั่นควอตซ์ให้บริสุทธิ์เป็นเรื่องยาก แต่ Spruce Pine ได้รับพรจากแหล่งควอตซ์จำนวนมากซึ่งถือว่ามีความบริสุทธิ์ที่สุดในโลก เป็นผลมาจากประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาอันเป็นเอกลักษณ์ เมื่อประมาณ 380 ล้านปีก่อน การเคลื่อนตัวทางธรณีวิทยาระหว่างทวีปแอฟริกาและทวีปอเมริกา ทำให้เกิดแรงเสียดทานด้วยอุณหภูมิสูงเกิน 2,000 องศาเซลเซียส ทำให้ชั้นหินที่เรียกว่าเพกมาไทต์ละลาย 100 ปีต่อมา หินหลอมละลายที่ฝังอยู่ใต้ดินลึกจะเย็นตัวลงและตกผลึกใหม่ จากการเคลื่อนตัวทางธรณีวิทยาทำให้เริ่มปรากฏให้เห็นบนผิวดิน

เป็นเวลาหลายปีที่ชาวบ้านขุดเพกมาไทต์ บดด้วยเครื่องมือมือหรือเครื่องจักรพื้นฐาน และแยกเฟลด์สปาร์และไมกาออกเพื่อใช้งาน ในขณะที่ควอตซ์ถือเป็น "ขยะ" เหมาะสำหรับทำทรายก่อสร้างเท่านั้นหรือโยนทิ้งไป อย่างไรก็ตาม ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 ห่างออกไปหลายพันไมล์ในรัฐนอร์ธแคโรไลนา กลุ่มวิศวกรในแคลิฟอร์เนียได้เริ่มวิจัยควอตซ์บริสุทธิ์สำหรับสารกึ่งตัวนำ

ในช่วงเวลานั้น ตลาดเซมิคอนดักเตอร์กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว Texas Instruments, Motorola และบริษัทอื่นๆ เริ่มแข่งขันกันสร้างทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อใช้ในคอมพิวเตอร์ วัสดุชนิดหนึ่งที่ใช้ในทรานซิสเตอร์คือเจอร์เมเนียมและซิลิกอน

บริษัท Sibelco ขุดแร่ควอตซ์ที่เมืองสปรูซไพน์ ภาพถ่าย: Sibelco — บริษัท Sibelco ขุดแร่ควอตซ์ที่เมืองสปรูซไพน์ ภาพถ่าย: *Sibelco*

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2502 เมื่อ Robert Noyce และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ Fairchild Semiconductor ค้นพบวิธีที่จะยัดทรานซิสเตอร์หลายตัวลงบนซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงขนาดเท่าเล็บมือได้ NASA เลือกไมโครชิปของ Fairchild เพื่อใช้ในโครงการสำรวจอวกาศ และยอดขายชิปของบริษัทก็เติบโตอย่างรวดเร็วนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

การสร้างชิปเหล่านี้ถือเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง โดยพื้นฐานแล้วพวกเขาต้องการซิลิคอนบริสุทธิ์ เนื่องจากแม้มีสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อย ทุกอย่างก็เสียหายได้ การค้นหาซิลิกอนเป็นเรื่องง่ายเนื่องจากเป็นธาตุที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งบนโลก อย่างไรก็ตาม พวกมันต้องใช้ขั้นตอนการสกัดจำนวนมาก การใช้ควอตซ์บริสุทธิ์จะช่วยลดเวลาและต้นทุนได้อย่างมาก

โดยทั่วไป ทรายจะถูกทำให้ร้อนในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างปฏิกิริยาเคมีที่แยกออกซิเจนส่วนใหญ่ออก ทำให้เหลือซิลิกอนบริสุทธิ์ 99% อย่างไรก็ตาม นั่นไม่เพียงพอ ซิลิกอนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์จะต้องมีความบริสุทธิ์ 99.999999% ในขณะที่ชิปคอมพิวเตอร์กลับมีความต้องการสูงกว่าถึง 99.99999999999% แต่ด้วยควอตซ์จาก Spruce Pine ความบริสุทธิ์สามารถไปถึง 99.998% หรือ 99.9992% เลยทีเดียว ซึ่งเป็นปัจจัยที่ช่วยลดต้นทุนในการแยกสิ่งเจือปนได้อย่างมาก

ควอตซ์หลังจากผ่านการกลั่นแล้ว ภาพถ่าย: Sibelco — ควอตซ์หลังจากผ่านการกลั่นแล้ว ภาพถ่าย: *Sibelco*

แต่แม้จะใช้ควอตซ์บริสุทธิ์ ก็ไม่ใช่ทุกคนจะสามารถกลั่นซิลิคอนให้บริสุทธิ์ได้ “ เศรษฐกิจ ยุคใหม่ตั้งอยู่บนถนนสายเดียวในเมืองสปรูซไพน์ ซึ่งนำไปสู่โรงงานของ Sibelco North America ซึ่งเป็นบริษัทที่ขุดและกลั่นควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก” ศาสตราจารย์ Ethan Mollick ผู้เชี่ยวชาญด้านปัญญาประดิษฐ์และเซมิคอนดักเตอร์จาก Wharton School of Business ของมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย กล่าวกับ Tom’s Hardware

นอกจากนี้ บนเว็บไซต์ของบริษัท Sibelco ยังอ้างว่า "เป็นซัพพลายเออร์ควอตซ์เพียงรายเดียวสำหรับการทำความสะอาดเวเฟอร์ซิลิกอนในการผลิตชิป" อีกด้วย อย่างไรก็ตาม การดำรงอยู่ของบริษัทไม่ได้เป็นที่รู้จักมากเท่ากับ TSMC, Intel, ASML หรือ Samsung ในด้านเซมิคอนดักเตอร์

ผู้เชี่ยวชาญบางรายกล่าวว่าความพิเศษของ Sibelco แสดงให้เห็นจากข้อเท็จจริงที่ว่าควอตซ์หลอมที่ผลิตขึ้นนั้นมีคุณสมบัติทางแสง กลไก และความร้อนที่ "ยอดเยี่ยม" สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ในแผงโซลาร์เซลล์ รวมถึงเส้นใยแก้วนำแสงในสายเคเบิลโทรคมนาคม

ตามที่ Mollick ได้กล่าวไว้ ความสำคัญของ Sibelco โดยเฉพาะและ Spruce Pine โดยทั่วไปนั้นมหาศาล โดยตัดตอนมาจากหนังสือ The Material World ของ Conway และโพสต์บนเว็บไซต์ X เมื่อวันที่ 24 มีนาคม เขาโต้แย้งว่า "จะมี "การสิ้นสุดของการผลิตชิปคอมพิวเตอร์" หากมีเรื่องเลวร้ายเกิดขึ้นที่ Spruce Pine หรือท้องฟ้าเหนือนั้น

“ไม่ว่าด้วยเหตุผลใด การปิดตัวลงกะทันหันหรือการหยุดชะงักของการดำเนินการขุดควอตซ์ที่ Spruce Pine อาจทำให้เกิดเหตุการณ์ 'เลวร้ายมาก' ซึ่งอาจทำให้การผลิตชิปล่าช้าไปหลายปี” Mollick กล่าวเสริม

บาวลัม

ลิงค์ที่มา