Spruce Pine — месторождение самого чистого в мире кварца, а Sibelco — компания, которая перерабатывает лучший кварц для полупроводниковой промышленности.
Аппалачи и хвойные сосны — эта земля не богата, в центре города есть только железнодорожная станция, несколько двухэтажных кирпичных домов, давно закрытый кинотеатр. Однако окружающие горы богаты разнообразными полезными ископаемыми, некоторые из которых представляют ценность для промышленного использования, особенно кварц.
Однако в отличие от любого другого кварца на Земле, ель сосна содержит самый чистый природный кварц. Чрезвычайно высокое качество осаждения этих частиц диоксида кремния играет жизненно важную роль в производстве кремния, используемого для изготовления полупроводниковых чипов.
Гловер, геолог на пенсии, который десятилетиями искал ценные минералы на склонах и в долинах Аппалачей и гор Спрус-Пайн, оценил это так: «Здесь это многомиллиардная индустрия», — сказал Гловер в интервью Wired , от души посмеиваясь. «Вы бы этого не узнали, проезжая мимо, и, вероятно, никогда не узнаете».
Заводской комплекс Sibelco в Спрус-Пайне. Фото: Сибелко
В XXI веке песок стал важнее, чем когда-либо, особенно в области полупроводников. Большая часть песка в мире состоит из кварца — формы диоксида кремния, также известного как кремнезем. Частицы диоксида кремния высокой чистоты являются важнейшим сырьем для изготовления компьютерных чипов, оптоволоконных кабелей и другого высокотехнологичного оборудования. Количество кварца, используемого для этих продуктов, ничтожно по сравнению с горами кварца, используемого для улучшения бетона или почвы. Однако в цифровую эпоху его влияние неизмеримо.
Очистка чистого кварца — сложная задача, но в районе Спрус-Пайн находится огромное месторождение кварца, которое считается самым чистым в мире. Это результат уникальной геологической истории, когда около 380 миллионов лет назад геологические движения между африканским континентом и Америкой создали трение с температурой более 2000 градусов по Цельсию, в результате чего слои горных пород, называемые пегматитом, расплавились. Спустя 100 лет эта расплавленная порода, захороненная глубоко под землей, остывает и перекристаллизовывается. В результате геологической активности они начали подниматься на поверхность.
В течение многих лет местные жители выкапывали пегматиты, измельчали их с помощью ручных инструментов или примитивных машин и отделяли полевой шпат и слюду для дальнейшего использования, в то время как кварц считался «мусором», пригодным только для изготовления строительного песка или выбрасываемым. Однако в середине 1950-х годов, за тысячи миль от Северной Каролины, группа инженеров из Калифорнии начала исследования чистого кварца для полупроводников.
В то время рынок полупроводников стремительно развивался. Texas Instruments, Motorola и другие компании начали гонку за создание более компактных и эффективных транзисторов для использования в компьютерах. Одними из материалов, используемых в транзисторах, являются германий и кремний.
Компания Sibelco добывает кварцевую руду в Спрус-Пайн. Фото: Сибелко
Прорыв произошел в 1959 году, когда Роберт Нойс и его коллеги из Fairchild Semiconductor придумали, как разместить несколько транзисторов на куске высокочистого кремния размером с ноготь. NASA выбрало микрочипы Fairchild для использования в своих программах по исследованию космоса, и с этого момента продажи чипов компании стремительно росли.
Создание таких чипов — невероятно сложный процесс. По сути, им нужен чистый кремний, потому что даже малейшая примесь все портит. Найти кремний легко, поскольку это один из самых распространенных элементов на Земле. Однако для их извлечения требуется множество этапов. Использование чистого кварца значительно сократит время и затраты.
Обычно песок нагревают в электрической печи при высоких температурах, чтобы вызвать химическую реакцию, в результате которой отделяется большая часть кислорода, оставляя 99% чистого кремния. Однако этого недостаточно. Кремний для солнечных панелей должен иметь чистоту 99,999999%, в то время как для компьютерных чипов требования еще выше — 99,9999999999%. Однако при использовании кварца из еловой сосны чистота может достигать 99,998% и даже 99,9992%, что значительно снижает затраты на отделение примесей.
Кварц после очистки. Фото: Сибелко
Но даже при использовании чистого кварца не каждый может получить чистый кремний. «Современная экономика сосредоточена на одной-единственной улице в Спрус-Пайн, которая ведет к предприятию Sibelco North America, компании, которая добывает и перерабатывает сверхчистый кварц», — рассказал изданию Tom’s Hardware профессор Итан Моллик, эксперт по искусственному интеллекту и полупроводникам в Школе бизнеса Уортона при Пенсильванском университете.
На своем веб-сайте Sibelco также утверждает, что является «единственным поставщиком кварца для очистки кремниевых пластин при производстве микросхем». Однако компания не так хорошо известна в области полупроводников, как TSMC, Intel, ASML или Samsung.
Некоторые эксперты утверждают, что уникальность компании Sibelco подтверждается тем фактом, что производимый ею плавленый кварц обладает «превосходными» оптическими, механическими и термическими свойствами для производства полупроводников, фотоэлектрических элементов в солнечных панелях, а также оптических волокон в телекоммуникационных кабелях.
По словам Моллика, значение Sibelco в частности и Spruce Pine в целом огромно. В отрывке из книги Конвея «Материальный мир», опубликованном на сайте X 24 марта, он утверждает, что если в Спрус-Пайн или в небе над ней случится что-то плохое, то «производству компьютерных чипов придет конец».
«Независимо от причины, любое внезапное прекращение или сбой в работе по добыче кварца на руднике Spruce Pine может привести к «весьма катастрофическому» инциденту, который может отбросить производство микросхем на годы назад», — добавил Моллик.
Бао Лам
Ссылка на источник
Комментарий (0)