Der einzige Ort, von dem die Halbleiterindustrie der Welt abhängt

In Spruce Pine befindet sich die Mine mit dem reinsten Quarz der Welt und Sibelco ist das Unternehmen, das den besten Quarz für die Halbleiterindustrie raffiniert.

Appalachen und Fichtenkiefer – dieses Land ist nicht reich. In der Innenstadt gibt es nur einen Bahnhof, ein paar zweistöckige Backsteinhäuser und ein längst geschlossenes Kino. Die umliegenden Berge sind jedoch reich an wertvollen Mineralien, von denen einige für die industrielle Nutzung wertvoll sind, insbesondere Quarz.

Anders als jeder andere Quarz auf der Erde verfügt Spruce Pine jedoch über den reinsten natürlichen Quarz. Diese äußerst hochwertige Ablagerung von Siliziumdioxidpartikeln spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Silizium zur Herstellung von Halbleiterchips.

Glover, ein pensionierter Geologe, der jahrzehntelang in den Hügeln und Tälern der Appalachen und des Spruce Pine Mountains nach wertvollen Mineralien gesucht hat, sagte: „Das ist hier eine Multimilliarden-Dollar-Industrie“, sagte Glover lachend gegenüber Wired . „Wenn man hier durchfährt, merkt man das nicht, und wahrscheinlich wird man es auch nie merken.“

Sibelcos Werkskomplex in Spruce Pine. Foto: Sibelco

Im 21. Jahrhundert ist Sand wichtiger denn je, insbesondere in der Halbleiterindustrie. Der weltweite Sand besteht größtenteils aus Quarz, einer Form von Siliziumdioxid, auch bekannt als Kieselsäure. Hochreine Siliziumdioxidpartikel sind ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Computerchips, Glasfaserkabeln und anderer Hightech-Hardware. Die für diese Produkte verwendete Quarzmenge ist im Vergleich zu den Quarzbergen, die zur Verbesserung von Beton oder Boden verwendet werden, verschwindend gering. Doch im digitalen Zeitalter ist seine Wirkung unermesslich.

Die Raffination von reinem Quarz ist schwierig, doch Spruce Pine ist mit einem riesigen Quarzvorkommen gesegnet, das als das reinste der Welt gilt. Es ist das Ergebnis einer einzigartigen geologischen Geschichte, als vor etwa 380 Millionen Jahren geologische Bewegungen zwischen dem afrikanischen Kontinent und Amerika Reibung mit Temperaturen von über 2.000 Grad Celsius verursachten und Gesteinsschichten, sogenannte Pegmatite, zum Schmelzen brachten. 100 Jahre später kühlte dieses tief unter der Erde vergrabene geschmolzene Gestein ab und rekristallisierte. Durch geologische Aktivitäten begann es an die Oberfläche zu steigen.

Jahrelang gruben Einheimische Pegmatite aus, zerkleinerten sie mit Handwerkzeugen oder einfachen Maschinen und trennten Feldspat und Glimmer zur weiteren Verwendung. Quarz hingegen galt als „Müll“ und war nur für Bausand geeignet oder wurde weggeworfen. Doch Mitte der 1950er Jahre begann eine Gruppe von Ingenieuren in Kalifornien, Tausende von Kilometern entfernt in North Carolina, an reinem Quarz für Halbleiter zu forschen.

Zu dieser Zeit erlebte der Transistormarkt einen rasanten Aufschwung. Texas Instruments, Motorola und andere Unternehmen lieferten sich ein Wettrennen um die Entwicklung kleinerer, effizienterer Transistoren für den Einsatz in Computern. Zu den in Transistoren verwendeten Materialien gehörten Germanium und Silizium.

Sibelco baut in Spruce Pine Quarzerz ab. Foto: Sibelco

Der Durchbruch kam 1959, als Robert Noyce und seine Kollegen bei Fairchild Semiconductor herausfanden, wie man mehrere Transistoren auf ein Stück hochreines Silizium von der Größe eines Fingernagels packen konnte. Die NASA entschied sich für Fairchilds Mikrochips für ihr Raumfahrtprogramm, und die Chipverkäufe des Unternehmens stiegen rasant.

Die Herstellung dieser Chips ist ein sehr komplizierter Prozess. Sie benötigen nahezu reines Silizium, da die kleinste Verunreinigung alles ruinieren kann. Silizium ist leicht zu finden, da es eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde ist. Allerdings erfordert es einen hohen Abbauaufwand. Die Verwendung von reinem Quarz würde Zeit und Geld sparen.

Normalerweise wird Sand in einem Elektroofen bei hohen Temperaturen gebrannt, um eine chemische Reaktion auszulösen, die den größten Teil des Sauerstoffs abspaltet und 99 % reines Silizium zurücklässt. Doch das reicht nicht. Silizium für Solarmodule muss eine Reinheit von 99,999999 % aufweisen, während Computerchips mit 99,9999999999 % sogar noch anspruchsvoller sind. Mit Spruce Pine Quarz hingegen kann die Reinheit 99,998 % oder sogar 99,9992 % erreichen – ein Faktor, der die Kosten für die Abtrennung von Verunreinigungen deutlich reduziert.

Quarz nach der Veredelung. Foto: Sibelco

Aber selbst mit reinem Quarz kann nicht jeder reines Silizium raffinieren. „Die moderne Wirtschaft basiert auf einer einzigen Straße in Spruce Pine, die zum Werk von Sibelco North America führt, einem Unternehmen, das ultrahochreinen Quarz abbaut und raffiniert“, sagte Ethan Mollick, Professor für KI und Halbleiter an der Wharton School of Business der University of Pennsylvania, gegenüber Tom’s Hardware .

Auf seiner Website behauptet Sibelco außerdem, „der einzige Anbieter von Quarz zur Veredelung von Silizium-Wafern in der Chipherstellung“ zu sein. Allerdings ist die Existenz des Unternehmens im Halbleiterbereich nicht so bekannt wie die von TSMC, Intel, ASML oder Samsung.

Einige Experten meinen, die Einzigartigkeit von Sibelco zeige sich darin, dass der von ihm produzierte Quarzglas „hervorragende“ optische, mechanische und thermische Eigenschaften für die Halbleiterherstellung, Photovoltaikzellen in Solarmodulen sowie Glasfasern in Telekommunikationskabeln biete.

Mollick sagte, die Bedeutung von Sibelco im Besonderen und Spruce Pine im Allgemeinen sei enorm. Er zitierte aus Conways Buch „The Material World“, das am 24. März auf X veröffentlicht wurde, und argumentierte, dass „das Ende der Computerchip-Herstellung“ das Ende der Computerchip-Herstellung wäre, wenn bei Spruce Pine oder darüber etwas Schlimmes passierte.

„Unabhängig vom Grund könnte jede plötzliche Schließung oder Störung des Quarzbergbaus in Spruce Pine einen ‚ziemlich katastrophalen‘ Vorfall verursachen, der die Chipproduktion um Jahre zurückwerfen könnte“, fügte Mollick hinzu.

Bao Lam

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