تعد منطقة Spruce Pine موطنًا لأنقى منجم كوارتز في العالم، وتعد شركة Sibelco هي الشركة التي تقوم بتكرير أفضل الكوارتز لصناعة أشباه الموصلات.
أرض الأبالاش 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، على 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 جلوفر، الجيولوجي المتقاعد الذي قضى عقودًا في البحث عن المعادن الثمينة في سفوح ووديان جبال الآبالاش وغابات الصنوبر، في تصريح لموقع وايرد : "إنها صناعة بمليارات الدولارات هنا"، ضاحكًا. "لن تعرف ذلك من خلال القيادة بجوار هذا المكان وربما لن تعرفه أبدًا."
مجمع مصانع شركة سيبيلكو في سبرس 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. 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، لكن منطقة Spruce Pine تتمتع برواسب كوارتز ضخمة تعتبر الأكثر نقاءً في العالم. إنها نتيجة لتاريخ جيولوجي فريد من نوعه، فقبل حوالي 380 مليون سنة، أدت الحركات الجيولوجية بين القارة الأفريقية التي اصطدمت بالأميركيتين إلى 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 بالصعود إلى السطح.
على مدى سنوات عديدة، قام السكان المحليون بحفر البيغماتيت، وسحقه بأدوات يدوية أو آلات بدائية، وفصل الفلسبار والميكا للاستخدام، في حين كان الكوارتز يعتبر "قمامة"، وصالحًا 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 لأشباه الموصلات.
في ذلك الوقت، كان سوق أشباه الموصلات يشهد نشاطًا سريعًا. بدأت شركة Texas Instruments وموتورولا وشركات أخرى سباقًا لإنشاء ترانزستورات أصغر وأكثر كفاءة لاستخدامها في أجهزة الكمبيوتر. من المواد المستخدمة في الترانزستورات الجرمانيوم والسيليكون.
تستخرج شركة سيبيلكو خام الكوارتز من منطقة سبرس باين. الصورة: سيبيلكو
وقد حدث الاختراق في عام 1959، عندما نجح روبرت نويس وزملاؤه في شركة فيرتشايلد لأشباه الموصلات في اكتشاف 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، ومن ثم 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. لكن هذا ليس كافيا. يجب أن يكون السيليكون المستخدم في الألواح الشمسية نقيًا بنسبة 99.999999%، في حين أن الرقائق الحاسوبية أكثر تطلبًا، حيث يجب أن تكون نقية بنسبة 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 التكرير. الصورة: سيبيلكو
ولكن حتى باستخدام الكوارتز النقي، ليس كل شخص قادر على تنقية السيليكون النقي. يقول البروفيسور إيثان موليك، الخبير في الذكاء الاصطناعي وأشباه الموصلات في كلية وارتون لإدارة الأعمال بجامعة بنسلفانيا، لموقع تومز هاردوير : "يقع الاقتصاد الحديث في شارع واحد في سبرس باين، والذي يؤدي إلى منشأة سيبيلكو نورث أميركا، وهي شركة تقوم باستخراج وتكرير الكوارتز عالي النقاء".
وتزعم شركة سيبيلكو 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 سيبيلكو 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.
وبحسب موليك، فإن أهمية سيبيلكو على وجه الخصوص وشجرة التنوب والصنوبر بشكل عام هائلة. في اقتباس من كتاب كونواي "العالم المادي" ونشره على موقع X في 24 مارس/آذار، يزعم أن "نهاية تصنيع شرائح الكمبيوتر" ستكون إذا حدث شيء سيء في سبرس باين أو في السماء فوقها.
وأضاف موليك: "بغض النظر عن السبب، فإن أي إغلاق مفاجئ أو تعطل في عمليات تعدين الكوارتز في سبرس باين قد يتسبب في وقوع حادث "كارثي للغاية" من شأنه أن يؤخر تصنيع الرقائق لسنوات".
باو لام
[إعلان رقم 2]
رابط المصدر
تعليق (0)