ที่แห่งเดียวที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ของโลกต้องพึ่งพา

Appalachian and Spruce Pine – ดินแดนแห่งนี้ไม่อุดมสมบูรณ์ ย่านใจกลางเมืองมีเพียงสถานีรถไฟ บ้านอิฐ 2 ชั้นไม่กี่แถว และโรงภาพยนตร์ที่ปิดยาว อย่างไรก็ตาม ภูเขาที่อยู่รอบๆ อุดมไปด้วยแร่ธาตุอันพึงปรารถนา ซึ่งบางชนิดมีคุณค่าสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะแร่ควอตซ์

อย่างไรก็ตาม Spruce Pine มีควอตซ์ธรรมชาติที่บริสุทธิ์ที่สุดไม่เหมือนกับควอตซ์อื่นๆ ในโลก การสะสมของอนุภาคซิลิคอนไดออกไซด์ที่เหนือกว่าอย่างมากนี้มีบทบาทสำคัญในการผลิตซิลิคอนที่ใช้ในการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์

“ที่นี่มีอุตสาหกรรมที่มีคุณค่า” โกลเวอร์ นักธรณีวิทยาเกษียณอายุที่ใช้เวลาหลายทศวรรษในการค้นหาแร่ธาตุอันมีค่าบนเนินเขาและที่ราบลุ่มของเทือกเขาแอปพาเลเชียนและสปรูซไพน์ ซึ่งมีมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์” โกลเวอร์กล่าวพร้อมกับหัวเราะอย่างเต็มใจ มีสาย- “คุณคงไม่รู้เรื่องนี้ถ้าขับรถผ่านที่นี่ และคุณคงไม่มีวันรู้เรื่องนี้”

ในศตวรรษที่ 21 ทรายมีความสำคัญมากขึ้นกว่าที่เคย โดยเฉพาะในภาคเซมิคอนดักเตอร์ ทรายส่วนใหญ่ในโลกประกอบด้วยควอตซ์ ซึ่งเป็นรูปแบบของซิลิคอนไดออกไซด์หรือที่เรียกว่าซิลิกา อนุภาคซิลิคอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบสำคัญสำหรับการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ สายเคเบิลใยแก้วนำแสง และฮาร์ดแวร์ไฮเทคประเภทอื่นๆ ปริมาณของควอตซ์ที่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับภูเขาของควอตซ์ที่ใช้ในการปรับปรุงคอนกรีตหรือดิน แต่ผลกระทบนั้นวัดไม่ได้ในยุคดิจิทัล

การทำให้ควอตซ์บริสุทธิ์บริสุทธิ์เป็นเรื่องยากมาก แต่ Spruce Pine มีเหมืองควอตซ์ขนาดใหญ่มากและถือว่าบริสุทธิ์ที่สุดในโลก เป็นผลมาจากประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เมื่อประมาณ 380 ล้านปีก่อน การเคลื่อนไหวทางธรณีวิทยาระหว่างทวีปแอฟริกาและทวีปอเมริกาทำให้เกิดการเสียดสีกันด้วยอุณหภูมิเกิน 2.000 องศาเซลเซียส ทำให้เกิดการละลายของชั้นหิน เรียกว่า เพกมาไทต์ 100 ปีต่อมา ชั้นหินหลอมเหลวนี้ถูกฝังลึกใต้ดินจนเย็นตัวและตกผลึก ด้วยกิจกรรมทางธรณีวิทยา พวกมันเริ่มลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ

เป็นเวลาหลายปีที่คนในท้องถิ่นขุดเพกมาไทต์บดด้วยเครื่องมือช่างหรือเครื่องจักรดึกดำบรรพ์แยกเฟลด์สปาร์และไมกาเพื่อใช้และควอตซ์ถือเป็น "ขยะ" เหมาะสำหรับทำทรายก่อสร้างเท่านั้น สร้างหรือทิ้ง อย่างไรก็ตาม ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 ซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายพันไมล์ในนอร์ธแคโรไลนา กลุ่มวิศวกรในแคลิฟอร์เนียเริ่มค้นคว้าควอตซ์บริสุทธิ์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์

ในเวลานั้นตลาดทรานซิสเตอร์กำลังร้อนแรงอย่างรวดเร็ว Texas Instruments, Motorola และบริษัทอื่นๆ เริ่มแข่งขันกันเพื่อสร้างทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับใช้ในคอมพิวเตอร์ สารบางชนิดที่พบในทรานซิสเตอร์ ได้แก่ เจอร์เมเนียมและซิลิคอน

ความก้าวหน้าเกิดขึ้นในปี 1959 เมื่อ Robert Noyce และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ Fairchild Semiconductor ค้นพบวิธีอัดทรานซิสเตอร์หลายตัวให้เป็นชิ้นซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงขนาดเท่าเล็บมือ NASA เลือกไมโครชิปของ Fairchild เพื่อใช้ในโครงการพิชิตอวกาศ และยอดขายชิปของบริษัทก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วนับตั้งแต่นั้นมา

การสร้างชิปเหล่านี้เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก โดยพื้นฐานแล้วพวกเขาต้องการซิลิคอนบริสุทธิ์ เพราะหากมีสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยทุกอย่างก็จะพังทลายลง การค้นหาซิลิคอนเป็นเรื่องง่ายเพราะเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในโลก อย่างไรก็ตาม ต้องใช้ขั้นตอนการสกัดจำนวนมาก การใช้ควอตซ์บริสุทธิ์จะช่วยลดเวลาและต้นทุนได้อย่างมาก

โดยปกติทรายจะถูกให้ความร้อนในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างปฏิกิริยาเคมีที่จะแยกออกซิเจนส่วนใหญ่ออกจากกัน เหลือเพียงซิลิคอนบริสุทธิ์ 99% อย่างไรก็ตามนั่นยังไม่เพียงพอ ซิลิคอนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์จะต้องมีความบริสุทธิ์ 99,999999% และชิปคอมพิวเตอร์ยังเข้มงวดยิ่งขึ้นอีก 99,99999999999% แต่ด้วยสปรูซไพน์ควอตซ์ ความบริสุทธิ์สามารถสูงถึง 99,998% หรือแม้แต่ 99,9992% ซึ่งเป็นปัจจัยที่ช่วยลดต้นทุนในการแยกสิ่งเจือปนได้อย่างมาก

แต่ถึงแม้จะมีควอตซ์บริสุทธิ์ ก็ไม่ใช่ทุกคนที่จะสามารถทำให้ซิลิคอนบริสุทธิ์บริสุทธิ์ได้ “เศรษฐกิจยุคใหม่ตั้งอยู่บนถนนเส้นเดียวใน Spruce Pine ซึ่งนำไปสู่โรงงานของ Sibelco North America ซึ่งเป็นบริษัทที่ทำเหมืองและกลั่นควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ” ศาสตราจารย์ Ethan Mollick ผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัย AI และเซมิคอนดักเตอร์ของ Wharton School of Business แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียกล่าว ฮาร์ดแวร์ Tom's.

บนเว็บไซต์ Sibelco ยังอ้างว่าเป็น "ซัพพลายเออร์รายเดียวของควอตซ์สำหรับการกลั่นเวเฟอร์ซิลิคอนในการผลิตชิป" อย่างไรก็ตาม การดำรงอยู่ของบริษัทยังไม่เป็นที่รู้จักในสาขาเซมิคอนดักเตอร์เช่น TSMC, Intel, ASML หรือ Samsung

ผู้เชี่ยวชาญบางคนประเมินว่าเอกลักษณ์ของ Sibelco แสดงให้เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าควอตซ์หลอมที่ผลิตโดยบริษัทมีคุณสมบัติทางแสง ทางกล และทางความร้อน "ดีเยี่ยม" สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และโฟโตเซลล์ ไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์ เช่นเดียวกับใยแก้วนำแสงในสายเคเบิลโทรคมนาคม

จากข้อมูลของ Mollick ความสำคัญของ Sibelco โดยเฉพาะและ Spruce Pine โดยทั่วไปนั้นมีความสำคัญอย่างมาก อ้างอิงจากข้อความจากหนังสือ The Material World ของ Conway และตีพิมพ์เมื่อวันที่ X เมื่อวันที่ 24 มีนาคม เขากล่าวว่า "กระบวนการผลิตชิปคอมพิวเตอร์จะสิ้นสุด" หากมีสิ่งเลวร้ายเกิดขึ้นที่ Spruce ต้นสนหรือท้องฟ้าเหนือมัน

“ไม่ว่าจะด้วยเหตุผลใดก็ตาม การปิดระบบอย่างกะทันหันหรือการหยุดชะงักในการดำเนินการขุดควอทซ์ที่ Spruce Pine อาจทำให้เกิดเหตุการณ์ที่ 'ค่อนข้างหายนะ' ซึ่งอาจฉุดรั้งภาคการผลิตชิปลงอย่างมีนัยสำคัญในปีนี้” Mollick กล่าวเสริม

เบาลำ