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.

Appalachian und Spruce Pine – dieses Land ist nicht reich, in der Innenstadt gibt es nur einen Bahnhof, ein paar zweistöckige Backsteinhäuser und ein seit langem geschlossenes Kino. Allerdings sind die umliegenden Berge reich an einer Vielzahl wertvoller Mineralien, von denen einige für die industrielle Nutzung wertvoll sind, insbesondere Quarz.

Im Gegensatz zu jedem anderen Quarz auf der Erde ist Spruce Pine jedoch der reinste natürliche Quarz. Die äußerst hochwertige Abscheidung dieser Siliziumdioxidpartikel spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Silizium zur Herstellung von Halbleiterchips.

Glover, ein Geologe im Ruhestand, der jahrzehntelang in den Berghängen und Tälern der Appalachen und Spruce Pine Mountains nach wertvollen Mineralien gesucht hat, schätzte: „Das ist hier eine Multimilliarden-Dollar-Industrie“, sagte Glover mit einem herzhaften Lachen gegenüber Wired . „Wenn man hier vorbeifährt, würde man es nicht erkennen und wird es wahrscheinlich auch nie erkennen.“

Der Werkskomplex von Sibelco in Spruce Pine. Foto: Sibelco

Im 21. Jahrhundert ist Sand wichtiger denn je geworden, insbesondere im Halbleiterbereich. Der Sand der Welt besteht zum größten Teil aus Quarz, einer Form von Siliziumdioxid, auch als Siliciumdioxid bekannt. 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 Bergen von Quarz, die zur Verbesserung von Beton oder Boden verwendet werden, verschwindend gering. Doch im digitalen Zeitalter sind seine Auswirkungen unermesslich.

Die Raffination von reinem Quarz ist schwierig, aber Spruce Pine ist mit einem riesigen Quarzvorkommen gesegnet, das als das reinste der Welt gilt. Es ist das Ergebnis einer einzigartigen geologischen Geschichte: Vor etwa 380 Millionen Jahren kam es zu geologischen Bewegungen zwischen dem afrikanischen Kontinent und dem amerikanischen Kontinent, bei denen Reibung mit Temperaturen von über 2.000 Grad Celsius entstand und Gesteinsschichten, sogenannte Pegmatite, schmolzen. 100 Jahre später kühlt dieses tief unter der Erde vergrabene geschmolzene Gestein ab und rekristallisiert. Durch geologische Aktivitäten begannen sie an die Oberfläche zu steigen.

Viele Jahre lang gruben die Einheimischen Pegmatite aus, zerkleinerten sie mit Handwerkzeugen oder einfachen Maschinen und trennten Feldspat und Glimmer zur weiteren Verwendung voneinander. Der Quarz hingegen galt als „Müll“, der sich nur zur Herstellung von Bausand eignete oder weggeworfen wurde. Doch Mitte der 1950er Jahre begann Tausende von Kilometern entfernt in North Carolina eine Gruppe von Ingenieuren in Kalifornien mit der Erforschung von reinem Quarz für Halbleiter.

Zu dieser Zeit erlebte der Halbleitermarkt einen rasanten Aufschwung. Texas Instruments, Motorola und andere Unternehmen begannen einen Wettlauf um die Entwicklung kleinerer und effizienterer Transistoren für den Einsatz in Computern. Zu den in Transistoren verwendeten Materialien zählen unter anderem 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 wählte die Mikrochips von Fairchild für ihre Weltraumerkundungsprogramme aus und von da an stiegen die Chip-Umsätze des Unternehmens schnell an.

Die Herstellung dieser Chips ist ein unglaublich komplexer Prozess. Dazu ist grundsätzlich reines Silizium erforderlich, denn schon die kleinste Verunreinigung macht alles kaputt. Silizium lässt sich leicht finden, da es eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde ist. Sie erfordern jedoch viele Extraktionsschritte. Durch die Verwendung von reinem Quarz lassen sich Zeit und Kosten deutlich reduzieren.

Normalerweise wird der Sand in einem Elektroofen auf hohe Temperaturen erhitzt, um eine chemische Reaktion auszulösen, bei der der größte Teil des Sauerstoffs abgespalten wird, sodass 99 % reines Silizium übrig bleibt. Dies reicht jedoch nicht aus. Silizium für Solarmodule muss eine Reinheit von 99,999999 % aufweisen. Bei Computerchips sind die Anforderungen sogar noch höher: 99,99999999999 %. Doch mit Quarz von Spruce Pine kann die Reinheit 99,998 %, sogar 99,9992 % erreichen – ein Faktor, der den Aufwand für die Trennung von Verunreinigungen deutlich reduziert.

Quarz nach der Verfeinerung. Foto: Sibelco

Doch auch aus reinem Quarz kann nicht jeder reines Silizium raffinieren. „Die moderne Wirtschaft konzentriert sich auf eine einzige Straße in Spruce Pine, die zur Anlage von Sibelco North America führt, einem Unternehmen, das hochreinen Quarz abbaut und verarbeitet“, sagte Professor Ethan Mollick, ein Experte 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 Lieferant von Quarz zur Reinigung von Silizium-Wafern bei 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 in der Tatsache, dass der von dem Unternehmen produzierte Quarzglas „hervorragende“ optische, mechanische und thermische Eigenschaften für die Herstellung von Halbleitern, Photovoltaikzellen in Solarmodulen sowie Glasfasern in Telekommunikationskabeln biete.

Laut Mollick ist die Bedeutung von Sibelco im Besonderen und Spruce Pine im Allgemeinen enorm. In einem Auszug aus Conways Buch „The Material World“, der am 24. März auf X veröffentlicht wurde, argumentiert er, dass es „das Ende der Computerchip-Herstellung“ geben würde, wenn in Spruce Pine oder am Himmel darüber etwas Schlimmes passieren würde.

„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