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 allen anderen Quarzen 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 Jahrzehnte damit verbracht hat, in den Hängen und Tälern der Appalachen und Spruce Pine Mountains nach wertvollen Mineralien zu suchen, schätzte: „Das ist hier eine Multimilliarden-Dollar-Industrie“, sagte Glover mit einem herzlichen Lachen gegenüber Wired . „Wenn Sie hier vorbeifahren, werden Sie es nicht merken und wahrscheinlich auch nie merken.“

Sibelcos Werkskomplex in Spruce Pine. Foto: Sibelco

Im 21. Jahrhundert ist Sand wichtiger denn je, insbesondere im Halbleiterbereich. Der Sand der Welt besteht größtenteils aus Quarz, einer Form von Siliziumdioxid, auch als Kieselsäure 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 Quarzbergen, die zur Verbesserung von Beton oder Boden verwendet werden, sehr gering. Doch im digitalen Zeitalter ist seine Wirkung 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 durch geologische Bewegungen zwischen dem afrikanischen Kontinent und dem amerikanischen Kontinent zu Reibungen mit Temperaturen von über 2.000 Grad Celsius, die zum Schmelzen von Gesteinsschichten, sogenanntem Pegmatit, führten. 100 Jahre später kühlt diese tief unter der Erde vergrabene Schicht geschmolzenen Gesteins 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, während der Quarz als „Müll“ galt und nur zur Herstellung von Bausand geeignet war oder weggeworfen wurde. Doch Mitte der 1950er Jahre begann eine Gruppe von Ingenieuren in Kalifornien, Tausende von Kilometern entfernt in North Carolina, 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 gehören 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 Weltraumforschungsprogramme aus und von da an stiegen die Chipverkäufe des Unternehmens rapide an.

Die Herstellung dieser Chips ist ein unglaublich komplexer Prozess. Sie benötigen grundsätzlich reines Silizium, denn schon die kleinste Verunreinigung macht alles kaputt. Silizium zu finden ist einfach, 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 erheblich 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 und 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 die Kosten für die Trennung von Verunreinigungen erheblich reduziert.

Quarz nach der Veredelung. 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 raffiniert“, sagte Professor Ethan Mollick, 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 darin, dass der von ihm produzierte Quarzglas „hervorragende“ optische, mechanische und thermische Eigenschaften für die Halbleiterherstellung, 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“, das 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