Spruce Pine — месторождение самого чистого в мире кварцевого рудника, а Sibelco — компания, которая перерабатывает лучший кварц для полупроводниковой промышленности.
Аппалачи и сосны — эта земля небогата: в центре города есть только железнодорожная станция, несколько двухэтажных кирпичных домов и давно закрытый кинотеатр. Однако окружающие горы богаты ценными минералами, некоторые из которых имеют промышленную ценность, особенно кварц.
Однако, в отличие от любого другого кварца на Земле, ель сосна содержит самый чистый природный кварц. Это исключительно высококачественное осаждение частиц диоксида кремния играет важнейшую роль в производстве кремния, используемого для изготовления полупроводниковых чипов.
Гловер, геолог на пенсии, десятилетиями искавший ценные минералы на склонах и в долинах Аппалачей и гор Спрус-Пайн, сказал: «Здесь процветает многомиллиардная индустрия», — со смехом рассказал Гловер журналу Wired . «Вы бы никогда этого не поняли, проезжая здесь, и, вероятно, никогда не узнаете».
Производственный комплекс Sibelco в Спрус-Пайн. Фото: Sibelco
В XXI веке песок стал как никогда важен, особенно в полупроводниковой промышленности. Большая часть мирового песка состоит из кварца – разновидности диоксида кремния, также известного как кремний. Высокочистые частицы диоксида кремния – важнейшее сырье для производства компьютерных чипов, оптоволоконных кабелей и другого высокотехнологичного оборудования. Количество кварца, используемого для производства этих продуктов, ничтожно мало по сравнению с горами кварца, используемого для улучшения бетона или почвы. Но его влияние неоценимо в цифровую эпоху.
Очистка чистого кварца – сложная задача, но ель сосна богата огромными залежами кварца, считающегося самым чистым в мире. Это результат уникальной геологической истории: около 380 миллионов лет назад геологические движения между Африканским континентом и Америкой создали трение при температуре свыше 2000 градусов Цельсия, что привело к расплавлению пластов горной породы, называемой пегматитом. Спустя 100 лет эта расплавленная порода, залегающая глубоко под землей, остыла и перекристаллизовалась. В результате геологической активности они начали подниматься на поверхность.
Годами местные жители выкапывали пегматиты, измельчали их ручными инструментами или примитивной техникой, отделяли полевой шпат и слюду для дальнейшего использования, в то время как кварц считался «мусором», пригодным только для строительного песка или выбрасываемым. Но в середине 1950-х годов, за тысячи миль от Северной Каролины, группа инженеров из Калифорнии начала исследования чистого кварца для полупроводников.
В то время рынок транзисторов стремительно развивался. Texas Instruments, Motorola и другие компании начали гонку за создание более компактных и эффективных транзисторов для использования в компьютерах. Среди материалов, используемых в транзисторах, были германий и кремний.
Компания Sibelco добывает кварцевую руду в Спрус-Пайн. Фото: Sibelco
Прорыв произошёл в 1959 году, когда Роберт Нойс и его коллеги из Fairchild Semiconductor придумали, как разместить несколько транзисторов на куске высокоочищенного кремния размером с ноготь. NASA выбрало микрочипы Fairchild для использования в своей космической программе, и продажи микросхем компании резко возросли.
Изготовление этих чипов — очень сложный процесс. Для них требуется практически чистый кремний, ведь малейшая примесь может всё испортить. Кремний легко найти, поскольку он один из самых распространённых элементов на Земле. Однако его добыча требует значительных затрат. Использование чистого кварца сэкономит время и деньги.
Обычно песок обжигают в электрической печи при высоких температурах, что вызывает химическую реакцию, в результате которой большая часть кислорода отделяется, оставляя 99% чистого кремния. Но этого недостаточно. Кремний для солнечных панелей должен быть чистым 99,999999%, а для компьютерных чипов требования ещё выше — 99,99999999999%. Но при использовании кварца из ели чистота может достигать 99,998% и даже 99,9992%, что значительно снижает стоимость отделения примесей.
Кварц после очистки. Фото: Sibelco
Но даже с чистым кварцем не каждый может очистить чистый кремний. «Современная экономика основана на одной улице в Спрус-Пайн, которая ведёт к заводу Sibelco North America, компании, которая добывает и очищает сверхчистый кварц», — рассказал изданию Tom’s Hardware Итан Моллик, профессор, изучающий искусственный интеллект и полупроводники в Уортонской школе бизнеса Пенсильванского университета.
На своём веб-сайте Sibelco также заявляет, что является «единственным поставщиком кварца для очистки кремниевых пластин при производстве микросхем». Однако в сфере полупроводников компания не так известна, как TSMC, Intel, ASML или Samsung.
Некоторые эксперты утверждают, что уникальность компании Sibelco подтверждается тем фактом, что производимый ею плавленый кварц обладает «превосходными» оптическими, механическими и термическими свойствами для производства полупроводников, фотоэлектрических элементов в солнечных панелях, а также оптических волокон в телекоммуникационных кабелях.
Моллик заявил, что значение Sibelco в частности и Spruce Pine в целом огромно. Цитируя книгу Конвея «Материальный мир», опубликованную в журнале X 24 марта, он утверждал, что «конец производства компьютерных чипов» станет «концом производства компьютерных чипов», если что-то плохое случится на Spruce Pine или в небе над ней.
«Независимо от причины, любое внезапное прекращение или сбой в работе по добыче кварца на руднике Спрус-Пайн может привести к «совершенно катастрофическому» инциденту, который может отбросить производство микросхем на годы», — добавил Моллик.
Бао Лам
Ссылка на источник
Комментарий (0)