المكان الوحيد الذي تعتمد عليه صناعة أشباه الموصلات في العالم

[إعلان 1]

تعد مدينة Spruce Pine موطنًا لأنقى منجم كوارتز في العالم ، وشركة Sibelco هي الشركة التي تقوم بتكرير أفضل أنواع الكوارتز لصناعة أشباه الموصلات.

أرض أبالاتشيان وشجرة التنوب والصنوبر - هذه الأرض ليست مكانًا غنيًا، حيث تحتوي منطقة وسط المدينة على محطة قطار فقط، وعدد قليل من المنازل المبنية من الطوب المكونة من طابقين، ومسرح سينمائي مغلق منذ فترة طويلة. ومع ذلك، فإن الجبال المحيطة غنية بمجموعة متنوعة من المعادن المرغوبة، وبعضها ذو قيمة للاستخدام الصناعي، وخاصة الكوارتز.

ومع ذلك، وعلى عكس أي نوع آخر من الكوارتز على الأرض، فإن حجر التنوب والصنوبر يحتوي على أنقى أنواع الكوارتز الطبيعي. تلعب الترسيبات الفائقة لجزيئات ثاني أكسيد السيليكون دورًا حيويًا في إنتاج السيليكون المستخدم في صناعة رقائق أشباه الموصلات.

وقال غلوفر، الجيولوجي المتقاعد الذي أمضى عقوداً من الزمن في البحث عن المعادن الثمينة في سفوح ووديان جبال الآبالاش وغابات الصنوبر، في تصريح لموقع وايرد : "إنها صناعة بمليارات الدولارات هنا"، مع ضحكة عالية. "لن تعرف ذلك من خلال القيادة من هنا وربما لن تعرف ذلك أبدًا."

مجمع مصانع شركة سيبيلكو في سبروس باين. الصورة: سيبيلكو — مجمع مصانع شركة سيبيلكو في سبروس باين. الصورة: *سيبيلكو*

في القرن الحادي والعشرين، أصبح الرمل أكثر أهمية من أي وقت مضى، وخاصة في مجال أشباه الموصلات. تتكون معظم رمال العالم من الكوارتز، وهو شكل من أشكال ثاني أكسيد السيليكون، والمعروف أيضًا باسم السيليكا. تشكل جزيئات ثاني أكسيد السيليكون عالية النقاء مادة خام أساسية لصنع رقائق الكمبيوتر وكابلات الألياف الضوئية وغيرها من الأجهزة عالية التقنية. تعتبر كمية الكوارتز المستخدمة في هذه المنتجات صغيرة جدًا مقارنة بجبال الكوارتز المستخدمة لتحسين الخرسانة أو التربة. لكن تأثيرها لا يمكن قياسه في العصر الرقمي.

يعد تنقية الكوارتز النقي أمرًا صعبًا، ولكن Spruce Pine محظوظة برواسب كوارتز ضخمة تعتبر الأكثر نقاءً في العالم. إنها نتيجة لتاريخ جيولوجي فريد من نوعه، عندما أدت الحركات الجيولوجية بين القارة الأفريقية التي تصطدم بالأميركيتين قبل حوالي 380 مليون سنة إلى خلق احتكاك مع درجات حرارة تجاوزت 2000 درجة مئوية، مما تسبب في ذوبان طبقات من الصخور تسمى البيغماتيت. وبعد مرور مائة عام، تبرد هذه الطبقة من الصخور المنصهرة المدفونة في أعماق الأرض وتتبلور مرة أخرى. ومن خلال الأنشطة الجيولوجية، بدأت بالظهور على السطح.

على مدى سنوات عديدة، قام السكان المحليون بحفر البيغماتيت وسحقه باستخدام أدوات يدوية أو آلات بدائية، وفصل الفلسبار والميكا للاستخدام، في حين كان الكوارتز يعتبر "قمامة"، مناسبًا فقط لصنع رمل البناء أو يتم التخلص منه. ومع ذلك، في منتصف الخمسينيات من القرن العشرين، وعلى بعد آلاف الأميال في ولاية كارولينا الشمالية، بدأت مجموعة من المهندسين في كاليفورنيا في إجراء أبحاث حول الكوارتز النقي المستخدم في أشباه الموصلات.

في ذلك الوقت، كان سوق أشباه الموصلات يسخن بسرعة. بدأت شركة Texas Instruments وMotorola وشركات أخرى سباقًا لإنشاء ترانزستورات أصغر حجمًا وأكثر كفاءة لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر. من المواد المستخدمة في الترانزستورات الجرمانيوم والسيليكون.

تستخرج شركة سيبيلكو خام الكوارتز من منطقة سبرس باين. الصورة: سيبيلكو — تستخرج شركة سيبيلكو خام الكوارتز من منطقة سبرس باين. الصورة: *سيبيلكو*

وقد حدث الاختراق في عام 1959، عندما اكتشف روبرت نويس وزملاؤه في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات كيفية حشر العديد من الترانزستورات على قطعة من السيليكون عالي النقاء بحجم ظفر الإصبع. وقد اختارت وكالة ناسا شرائح فيرتشايلد الدقيقة لاستخدامها في برامج استكشاف الفضاء، ومنذ ذلك الحين، نمت مبيعات شرائح الشركة بسرعة.

إن إنشاء هذه الرقائق عملية معقدة بشكل لا يصدق. إنها تتطلب في الأساس السيليكون النقي، لأنه حتى مع أدنى شوائب، كل شيء يفسد. يعد العثور على السيليكون أمرًا سهلاً لأنه أحد العناصر الأكثر وفرة على الأرض. ومع ذلك، فإنها تتطلب الكثير من خطوات الاستخراج. سيؤدي استخدام الكوارتز النقي إلى تقليل الوقت والتكلفة بشكل كبير.

عادة، يتم تسخين الرمال في فرن كهربائي عند درجات حرارة عالية لإنشاء تفاعل كيميائي يفصل معظم الأكسجين، ويترك وراءه 99٪ من السيليكون النقي. ولكن هذا ليس كافيا. يجب أن يكون السيليكون المستخدم في الألواح الشمسية نقيًا بنسبة 99.999999%، في حين أن الرقائق الحاسوبية أكثر تطلبًا، حيث تبلغ نقائها 99.99999999999%. ولكن مع الكوارتز من خشب التنوب والصنوبر، يمكن أن تصل النقاء إلى 99.998%، وحتى 99.9992% - وهو عامل يقلل بشكل كبير من تكلفة فصل الشوائب.

الكوارتز بعد تنقيته. الصورة: سيبيلكو — الكوارتز بعد تنقيته. الصورة: *سيبيلكو*

ولكن حتى مع الكوارتز النقي، ليس كل شخص قادر على تنقية السيليكون النقي. يقول البروفيسور إيثان موليك، الخبير في الذكاء الاصطناعي وأشباه الموصلات في كلية وارتون للأعمال بجامعة بنسلفانيا، لموقع تومز هاردوير: "يقع الاقتصاد الحديث في شارع واحد في سبرس باين، والذي يؤدي إلى منشأة سيبلكو أمريكا الشمالية، وهي شركة تقوم بتعدين وتكرير الكوارتز عالي النقاء".

وتزعم شركة سيبلكو على موقعها الإلكتروني أيضًا أنها "المورد الوحيد للكوارتز، لتنقية رقائق السيليكون في تصنيع الرقائق". ومع ذلك، فإن وجود الشركة ليس معروفًا مثل TSMC أو Intel أو ASML أو Samsung في مجال أشباه الموصلات.

ويقول بعض الخبراء إن تفرد شركة سيبلكو يتجلى في حقيقة أن الكوارتز المندمج الذي تنتجه يوفر خصائص بصرية وميكانيكية وحرارية "ممتازة" لتصنيع أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية في الألواح الشمسية وكذلك الألياف البصرية في كابلات الاتصالات.

وفقًا لموليك، فإن أهمية سيبيلكو على وجه الخصوص وشجرة التنوب والصنوبر بشكل عام هائلة. في اقتباس من كتاب كونواي "العالم المادي" والمنشور على موقع X في 24 مارس، يزعم أن "نهاية تصنيع الرقائق الحاسوبية" ستكون في حال حدوث أي شيء سيئ في سبرس باين أو في السماء فوقها.

وأضاف موليك: "بغض النظر عن السبب، فإن أي إغلاق مفاجئ أو خلل في عمليات تعدين الكوارتز في سبرس باين قد يتسبب في وقوع حادث "كارثي للغاية" من شأنه أن يؤخر تصنيع الرقائق لسنوات".

باو لام

[إعلان 2]
رابط المصدر