Spruce Pine เป็นที่ตั้งของเหมืองควอตซ์ที่บริสุทธิ์ที่สุดในโลก และ Sibelco เป็นบริษัทที่กลั่นควอตซ์คุณภาพดีที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์
ต้นสนแอปพาเลเชียนและสปรูซ - ดินแดนแห่งนี้ไม่ได้อุดมสมบูรณ์ ใจกลางเมืองมีเพียงสถานีรถไฟ บ้านอิฐสองชั้นไม่กี่หลัง โรงภาพยนตร์ที่ปิดตัวไปนานแล้ว อย่างไรก็ตาม ภูเขาโดยรอบอุดมไปด้วยแร่ธาตุที่พึงประสงค์ ซึ่งบางชนิดมีค่าสำหรับการใช้ในเชิงอุตสาหกรรม โดยเฉพาะควอตซ์
อย่างไรก็ตาม ควอตซ์จากไม้สนสปรูซมีความบริสุทธิ์ตามธรรมชาติมากที่สุด ซึ่งแตกต่างจากควอตซ์ชนิดอื่นๆ บนโลก การสะสมอนุภาคซิลิกอนไดออกไซด์ในระดับที่เหนือกว่านี้มีบทบาทสำคัญในการผลิตซิลิกอนที่ใช้ทำชิปเซมิคอนดักเตอร์
Glover นักธรณีวิทยาที่เกษียณอายุแล้วซึ่งใช้เวลาหลายสิบปีในการล่าหาแร่ธาตุอันมีค่าบนเนินเขาและหุบเขาในเทือกเขา Appalachian และ Spruce Pine กล่าวว่า “ที่นี่เป็นอุตสาหกรรมมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์” Glover กล่าวกับ Wired พร้อมเสียงหัวเราะ “คุณจะไม่รู้เลยถ้าขับรถผ่านที่นี่ และคุณคงไม่มีวันรู้ด้วยซ้ำ”
โรงงานของ Sibelco ใน Spruce Pine ภาพโดย: Sibelco
ในศตวรรษที่ 21 ทรายกลายเป็นสิ่งสำคัญมากกว่าที่เคย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ทรายส่วนใหญ่ของโลกทำจากควอตซ์ ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของซิลิกอนไดออกไซด์ หรือที่เรียกอีกอย่างว่าซิลิกา อนุภาคซิลิกอนไดออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ สายไฟเบอร์ออปติก และฮาร์ดแวร์ไฮเทคอื่นๆ ปริมาณควอตซ์ที่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีน้อยมากเมื่อเทียบกับควอตซ์จำนวนมากที่ใช้ปรับปรุงคอนกรีตหรือดิน แต่ผลกระทบนั้นไม่สามารถวัดได้ในยุคดิจิทัล
การกลั่นควอตซ์บริสุทธิ์นั้นเป็นเรื่องยาก แต่ไม้สนสปรูซกลับมีควอตซ์ในปริมาณมาก ซึ่งถือว่าบริสุทธิ์ที่สุดในโลก ควอตซ์นี้เกิดจากประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาที่ไม่เหมือนใคร เมื่อประมาณ 380 ล้านปีก่อน การเคลื่อนตัวทางธรณีวิทยาระหว่างทวีปแอฟริกาและทวีปอเมริกาทำให้เกิดแรงเสียดทาน โดยมีอุณหภูมิสูงเกิน 2,000 องศาเซลเซียส ทำให้ชั้นหินที่เรียกว่าเพกมาไทต์ละลาย 100 ปีต่อมา หินหลอมเหลวที่ฝังอยู่ใต้ดินลึกนี้เย็นตัวลงและตกผลึกใหม่ จากกิจกรรมทางธรณีวิทยา หินเหล่านี้จึงเริ่มลอยขึ้นมาที่ผิวดิน
เป็นเวลาหลายปีที่คนในท้องถิ่นขุดเพกมาไทต์ บดด้วยเครื่องมือมือหรือเครื่องจักรพื้นฐาน และแยกเฟลด์สปาร์และไมกาออกเพื่อใช้งาน ในขณะที่ควอตซ์ถือเป็น "ขยะ" เหมาะสำหรับทรายก่อสร้างเท่านั้นหรือโยนทิ้งไป แต่ในช่วงกลางทศวรรษ 1950 ห่างออกไปหลายพันไมล์ในนอร์ทแคโรไลนา กลุ่มวิศวกรในแคลิฟอร์เนียเริ่มค้นคว้าควอตซ์บริสุทธิ์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์
ในเวลานั้น ตลาดทรานซิสเตอร์กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว บริษัท Texas Instruments, Motorola และบริษัทอื่นๆ เริ่มแข่งขันกันสร้างทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับใช้ในคอมพิวเตอร์ วัสดุที่ใช้ในทรานซิสเตอร์ ได้แก่ เจอร์เมเนียมและซิลิกอน
Sibelco ขุดแร่ควอตซ์ใน Spruce Pine ภาพ: Sibelco
ความก้าวหน้าดังกล่าวเกิดขึ้นในปี 1959 เมื่อ Robert Noyce และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ Fairchild Semiconductor คิดค้นวิธีการยัดทรานซิสเตอร์หลายตัวลงบนซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงขนาดเท่าเล็บมือ NASA เลือกไมโครชิปของ Fairchild เพื่อใช้ในโครงการอวกาศ และยอดขายชิปของบริษัทก็พุ่งสูงขึ้น
การผลิตชิปเหล่านี้เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมาก โดยต้องใช้ซิลิคอนบริสุทธิ์เป็นหลัก เนื่องจากสิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยก็สามารถทำลายทุกอย่างได้ ซิลิคอนหาได้ง่ายเนื่องจากเป็นธาตุที่พบมากที่สุดชนิดหนึ่งบนโลก อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนต้องใช้การสกัดจำนวนมาก การใช้ควอตซ์บริสุทธิ์จะช่วยประหยัดเวลาและเงิน
โดยปกติแล้ว ทรายจะถูกเผาในเตาไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูงเพื่อก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่แยกออกซิเจนส่วนใหญ่ออกจากกัน เหลือไว้เพียงซิลิคอนบริสุทธิ์ 99% แต่แค่นั้นยังไม่พอ ซิลิคอนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์จะต้องมีความบริสุทธิ์ 99.999999% ในขณะที่ชิปคอมพิวเตอร์ต้องการความบริสุทธิ์มากกว่าถึง 99.99999999999% แต่ด้วยควอตซ์สนสน ความบริสุทธิ์สามารถไปถึง 99.998% หรืออาจถึง 99.9992% ก็ได้ ซึ่งเป็นปัจจัยที่ช่วยลดต้นทุนในการแยกสิ่งเจือปนได้อย่างมาก
ควอตซ์หลังจากผ่านการกลั่นแล้ว ภาพโดย: Sibelco
แต่ถึงจะใช้ควอตซ์บริสุทธิ์ก็ไม่ใช่ทุกคนจะสามารถกลั่นซิลิกอนบริสุทธิ์ได้ “ เศรษฐกิจ ยุคใหม่ตั้งอยู่บนถนนสายเดียวในสปรูซไพน์ที่นำไปสู่โรงงาน Sibelco North America ซึ่งเป็นบริษัทที่ขุดและกลั่นควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง” Ethan Mollick ศาสตราจารย์ผู้ศึกษา AI และเซมิคอนดักเตอร์ที่ Wharton School of Business ของมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย กล่าวกับ Tom’s Hardware
นอกจากนี้ บนเว็บไซต์ของบริษัท Sibelco ยังอ้างว่าเป็น “ซัพพลายเออร์ควอตซ์รายเดียวสำหรับการกลั่นเวเฟอร์ซิลิกอนในการผลิตชิป” อย่างไรก็ตาม การดำรงอยู่ของบริษัทไม่ได้เป็นที่รู้จักเท่ากับ TSMC, Intel, ASML หรือ Samsung ในด้านเซมิคอนดักเตอร์
ผู้เชี่ยวชาญบางรายกล่าวว่าความพิเศษของ Sibelco แสดงให้เห็นจากข้อเท็จจริงที่ว่าควอตซ์หลอมที่ผลิตขึ้นนั้นมีคุณสมบัติทางแสง กลไก และความร้อนที่ "ยอดเยี่ยม" สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ในแผงโซลาร์เซลล์ รวมถึงเส้นใยแก้วนำแสงในสายเคเบิลโทรคมนาคม
Mollick กล่าวว่าความสำคัญของ Sibelco โดยเฉพาะและ Spruce Pine โดยทั่วไปนั้นมหาศาล โดยอ้างอิงจากหนังสือ The Material World ของ Conway ซึ่งตีพิมพ์ใน X เมื่อวันที่ 24 มีนาคม เขาโต้แย้งว่า "การสิ้นสุดของการผลิตชิปคอมพิวเตอร์" จะเป็น "การสิ้นสุดของการผลิตชิปคอมพิวเตอร์" หากมีเรื่องเลวร้ายเกิดขึ้นที่ Spruce Pine หรือท้องฟ้าเหนือ Spruce Pine
“ไม่ว่าด้วยเหตุผลใด การปิดตัวลงกะทันหันหรือการหยุดชะงักของการดำเนินการขุดควอตซ์ที่ Spruce Pine อาจทำให้เกิดเหตุการณ์ 'เลวร้ายมาก' ซึ่งอาจทำให้การผลิตชิปล่าช้าไปหลายปี” Mollick กล่าวเสริม
บาวลัม
ลิงค์ที่มา
การแสดงความคิดเห็น (0)