世界の半導体産業が依存する唯一の場所

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スプルースパインには世界で最も純粋な石英鉱山があり、シベルコは半導体業界向けに最高の石英を精製する会社です。

アパラチア山脈とスプルースパイン - この土地は裕福な場所ではなく、ダウンタウンには鉄道駅、数軒の2階建てのレンガ造りの家、そして長い間閉まっている映画館があるだけです。しかし、周囲の山々にはさまざまな望ましい鉱物が豊富にあり、その中には工業用途に価値のあるものもあり、特に石英がそうです。

しかし、地球上の他のどのクォーツとも異なり、スプルースパインには最も純粋な天然クォーツが含まれています。これらの二酸化ケイ素粒子の極めて優れた堆積は、半導体チップの製造に使用されるシリコンの製造において重要な役割を果たします。

引退した地質学者で、アパラチア山脈やスプルースパイン山脈の丘陵や谷で貴重な鉱物探しに何十年も費やしてきたグローバー氏は、「ここは数十億ドル規模の産業だ」とワイアード誌に大笑いしながら語った。「ここを車で通り過ぎても、おそらく知ることはないでしょうし、これからも知ることはないでしょう。」

スプルースパインにあるシベルコの工場群。写真: シベルコ — スプルースパインにあるシベルコの工場群。写真:*シベルコ*

21 世紀において、砂は特に半導体分野においてこれまで以上に重要になっています。世界の砂のほとんどは、シリカとしても知られる二酸化ケイ素の一種である石英でできています。高純度二酸化ケイ素粒子は、コンピューターチップ、光ファイバーケーブル、その他のハイテクハードウェアの製造に不可欠な原材料です。これらの製品に使用される石英の量は、コンクリートや土壌の改良に使用される大量の石英に比べるとごくわずかです。しかし、デジタル時代においてその影響は計り知れません。

純粋な石英を精製するのは難しいですが、スプルースパインには世界で最も純粋であると考えられている巨大な石英鉱床が存在します。これは、約 3 億 8000 万年前、アフリカ大陸とアメリカ大陸が衝突した際の地質学的動きによって摩擦が生じ、温度が 2,000 度を超え、ペグマタイトと呼ばれる岩の層が溶けたという、特異な地質学的歴史の結果です。 100年後、地中深くに埋もれたこの溶岩は冷えて再結晶します。地質学的活動により、それらは地表に浮上し始めました。

長年にわたり、地元の人々はペグマタイトを掘り出し、手工具や原始的な機械で粉砕し、長石と雲母を分離して利用してきましたが、石英は「ゴミ」とみなされ、建築用砂を作るのにしか適さないか、捨てられていました。しかし、1950 年代半ば、何千マイルも離れたノースカロライナ州で、カリフォルニア州のエンジニアのグループが半導体用の純粋な石英の研究を始めました。

当時、半導体市場は急速に活況を呈していました。テキサス・インスツルメンツ、モトローラ、その他の企業は、コンピューターで使用するためのより小型で効率的なトランジスタを開発する競争を開始しました。トランジスタに使用される材料の 1 つはゲルマニウムとシリコンです。

シベルコはスプルースパインで石英鉱石を採掘しています。写真: シベルコ — シベルコはスプルースパインで石英鉱石を採掘しています。写真:*シベルコ*

画期的な進歩は1959年に起こりました。フェアチャイルドセミコンダクター社のロバート・ノイス氏とその同僚が、指の爪ほどの大きさの高純度シリコン片に複数のトランジスタを詰め込む方法を考案したのです。 NASA は宇宙探査プログラムで使用するためにフェアチャイルドのマイクロチップを選択し、そこから同社のチップ販売は急速に成長しました。

これらのチップを作成するのは非常に複雑なプロセスです。基本的に純粋なシリコンが必要です。ほんのわずかな不純物でもすべてが台無しになってしまうからです。シリコンは地球上で最も豊富な元素の一つなので、見つけるのは簡単です。ただし、抽出には多くの手順が必要です。純粋な石英を使用すると、時間とコストが大幅に削減されます。

通常、砂は電気炉で高温に加熱され、化学反応を起こして酸素の大部分を分離し、99%の純粋なシリコンを残します。しかし、それだけでは十分ではありません。ソーラーパネル用のシリコンは純度 99.999999% が求められますが、コンピューターチップの場合はさらに高い 99.99999999999% の純度が求められます。しかし、スプルースパインからの石英の場合、純度は 99.998%、さらには 99.9992% に達する可能性があり、これは不純物を分離するコストを大幅に削減する要因となります。

しかし、純粋な石英であっても、誰もが純粋なシリコンを精製できるわけではありません。「現代の経済はスプルースパインにある一本の道に集中しており、その道は超高純度石英の採掘と精製を行うシベルコ・ノースアメリカの施設に通じている」とペンシルベニア大学ウォートン校ビジネススクールのAIと半導体の専門家、イーサン・モリック教授はトムズ・ハードウェアに語った。

シベルコは自社のウェブサイトで、「チップ製造におけるシリコンウエハーの精製用石英の唯一のサプライヤー」であると主張している。しかし、半導体分野では、同社の存在はTSMC、インテル、ASML、サムスンほど知られていない。

一部の専門家は、シベルコの独自性は、同社が生産する石英ガラスが、半導体製造、ソーラーパネルの太陽電池、通信ケーブルの光ファイバーなどにおいて「優れた」光学的、機械的、熱的特性を備えているという事実によって実証されていると述べている。

モリック氏によれば、特にシベルコ、そしてスプルースパイン全般の重要性は非常に大きいとのことです。コンウェイ氏は、著書『The Material World』から抜粋し、3月24日にXに投稿した記事で、スプルースパインやその上空で何か悪いことが起これば「コンピューターチップ製造の終焉」が訪れると主張している。

「理由が何であれ、スプルースパインでの石英採掘作業の突然の停止や中断は、チップ製造を何年も遅らせる『非常に壊滅的な』事故を引き起こす可能性がある」とモリック氏は付け加えた。

バオ・ラム

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