Єдине місце, від якого залежить світова напівпровідникова промисловість

У Спрус-Пайн знаходиться найчистіший у світі кварцовий рудник, а Sibelco є провідним виробником кварцу для напівпровідникової промисловості.

Аппалачі та ялинова соснова гора – цей регіон не є багатим; центр міста складається лише з залізничної станції, кількох рядів двоповерхових цегляних будівель та давно закритого кінотеатру. Однак навколишні гори багаті на корисні копалини, деякі з яких цінні для промислового використання, зокрема кварц.

Однак, на відміну від будь-якого іншого типу кварцу на Землі, ялино-сосна містить найчистіший природний кварц. Це винятково чудове відкладення частинок діоксиду кремнію відіграє вирішальну роль у виробництві кремнію, який використовується для виготовлення напівпровідникових чипів.

Гловер, геолог на пенсії, який десятиліттями займався пошуками цінних корисних копалин на схилах пагорбів та в западинах Аппалачів та Ялинових соснових хребтів, оцінив: «Це багатомільярдна галузь», – сказав Гловер журналу Wired із щирим сміхом. «Ви б не здогадалися про це, проїжджаючи тут, і, ймовірно, ніколи не дізнаєтесь».

Заводський комплекс Sibelco у Спрус-Пайн. Фото: Sibelco

У 21 столітті пісок став важливішим, ніж будь-коли, особливо в напівпровідниковій промисловості. Більшість піску у світі складається з кварцу, форми діоксиду кремнію, також відомого як кремнезем. Частинки діоксиду кремнію високої чистоти є важливою сировиною для виробництва комп'ютерних чіпів, волоконно-оптичних кабелів та іншого високотехнологічного обладнання. Кількість кварцу, що використовується для цих продуктів, невелика порівняно з горами кварцу, що використовується для покращення бетону чи ґрунту. Але його вплив невимірний у цифрову епоху.

Очищення чистого кварцу надзвичайно складне, але ялина сосна благословенна величезними родовищами того, що вважається найчистішим кварцом у світі. Це результат унікальної геологічної історії; приблизно 380 мільйонів років тому геологічні рухи між африканським та американським континентами створили тертя з температурами, що перевищували 2000 градусів Цельсія, розплавивши шари породи, відомої як пегматит. Сто років по тому ця розплавлена ​​порода, похована глибоко під землею, охолола та перекристалізована. Внаслідок геологічної активності вона почала підніматися на поверхню.

Роками місцеві жителі видобували пегматит, подрібнюючи його ручними інструментами або елементарним обладнанням, відокремлюючи польовий шпат і слюду для подальшого використання, тоді як кварц вважався «сміттям», придатним лише для будівельного піску або викидався. Однак у середині 1950-х років, за тисячі миль від Північної Кароліни, група інженерів у Каліфорнії почала досліджувати чистий кварц для напівпровідників.

У той час ринок транзисторів швидко зростав. Texas Instruments, Motorola та інші компанії розпочали гонку у створенні менших та ефективніших транзисторів для використання в комп'ютерах. Деякими з матеріалів, що використовуються в транзисторах, були германій та кремній.

Sibelco видобуває кварцову руду в Спрус-Пайн. Фото: Sibelco

Прорив стався в 1959 році, коли Роберт Нойс та його колеги з Fairchild Semiconductor знайшли спосіб вмістити кілька транзисторів у шматок високочистого кремнію розміром з ніготь. NASA обрало мікрочіпи Fairchild для використання у своїх програмах дослідження космосу, і з того часу продажі мікросхем компанії різко зросли.

Створення цих чіпів – неймовірно складний процес. По суті, для них потрібен чистий кремній, оскільки навіть найменша домішка все зіпсує. Знайти кремній легко, оскільки це один з найпоширеніших елементів на Землі. Однак, це вимагає багатьох етапів вилучення. Використання чистого кварцу значно скоротить як час, так і витрати.

Зазвичай пісок нагрівають в електричній печі за високих температур, щоб викликати хімічну реакцію, яка видаляє більшу частину кисню, зберігаючи 99% чистого кремнію. Однак цього недостатньо. Кремній для сонячних панелей повинен мати чистоту 99,999999%, а для комп'ютерних чіпів вимоги ще суворіші – 99,99999999999%. Але з кварцом із ялини звичайної чистота може досягати 99,998% або навіть 99,9992% – фактор, який значно знижує вартість видалення домішок.

Кварц після рафінування. Фото: Sibelco

Але навіть маючи чистий кварц, не кожен може очистити чистий кремній. «Сучасна економіка розташована на одній дорозі в Спрус-Пайн, яка веде до об'єктів Sibelco North America, компанії, яка видобуває та очищує кварц надвисокої чистоти», – розповів Tom's Hardware професор Ітан Моллік, експерт з досліджень штучного інтелекту та напівпровідників у Вортонській школі бізнесу Пенсильванського університету.

На своєму вебсайті Sibelco також стверджує, що є «єдиним постачальником кварцу для рафінування кремнієвих пластин у виробництві мікросхем». Однак, існування компанії не таке відоме, як TSMC, Intel, ASML або Samsung у напівпровідниковій промисловості.

Деякі експерти вважають, що домінування Sibelco демонструється тим фактом, що плавлений кварц, який вона виробляє, пропонує «відмінні» оптичні, механічні та теплові властивості для виробництва напівпровідників, фотоелектричних елементів у сонячних панелях та оптичних волокон у телекомунікаційних кабелях.

За словами Молліка, важливість Sibelco зокрема та Spruce Pine загалом величезна. Цитуючи книгу Конвея *Матеріальний світ*, опубліковану на X 24 березня, він стверджує, що «виробництво комп'ютерних чіпів» припиниться, якщо щось погане станеться на Spruce Pine або в небі над нею.

«Незалежно від причини, будь-яке раптове зупинення або переривання кварцових видобувних операцій на Spruce Pine може спричинити «досить катастрофічний» інцидент, що потенційно може уповільнити сектор виробництва чіпів на роки», – додав Моллік.

Бао Лам

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