چرا حیات کل صنعت تراشه دنیا به این کارخانه کوچک آمریکایی وابسته است؟

در دل کوه‌های آرام کارولینای شمالی، یک کارخانه کوچک و ظاهراً ساده، قلب تپنده صنعت نیمه‌هادی‌های جهانی را در دست دارد. این کارخانه، که متعلق به شرکت Sibelco North America Inc. است، تنها تأمین‌کننده کوارتز با خلوص بسیار بالاست که برای ساخت کوره‌هایی لازم است که در آن‌ها ویفرهای سیلیکونی تصفیه می‌شوند.

اگر از افراد علاقه‌مند به صنعت الکترونیک یا دنبال‌کننده آن باشید حتماً با شرکت‌هایی مانند اینتل، TSMC، ASML، سامسونگ و اسامی از این دست آشنا هستید یا مکان‌هایی مانند دره سیلیکون، پارک علمی هسینچو، بنگالورو و منطقه SEZ شنژن را به دلیل شهرتی که به واسطه جایگاه‌شان در چرخه تولید تراشه دارند را می‌شناسید. اما بدون شک جاده موسوم به «صنوبر کاج» در دل رشته‌کوه‌های موجود در این گوشه دور افتاده از خاک آمریکا را ندیده یا حتی اسمش را هم نشنیده‌اید.

بنابر گزارش جالبی که توسط Tom’s Hardware منتشر شده، یک استاد دانشگاه وارتون آمریکا که در زمینه هوش مصنوعی، خلق فناوری‌های جدید و استارت‌آپ‌ها فعالیت می‌کند، مدعی است که «اقتصاد مدرن بر روی یک جاده واحد در اسپراس پاین، کارولینای شمالی قرار دارد».

پروفسور اتان مولیک توضیح می‌دهد که این جاده که شاید بیشتر کاربران و حتی مهندسان سطح متوسط و بالای صنعت تراشه هم به آن توجه ندارد، مربوط به تاسیسات ساخته شده توسط شرکت Sibelco North America Inc است که در آن ماده کوارتز با خلوص فوق‌العاده بالا استخراج می‌شود. از نظر پروفسور مولیک ارزش مشخصی برای این مکان نمی‌توان متصور شد زیرا ادعا می‌شود که «تنها تامین کننده کوارتز مورد نیاز برای ساخت بسترهای مورد نیاز برای پالایش ویفرهای سیلیکونی» است.

مولیک حتی در بخشی از یکی از مقالات اخیر خود به این نکته نیز اشاره می‌کند که اگر مشکلی برای این کارخانه ایجاد شود که نتواند برای مدتی فعالیت کرده و کوارتز مورد نیاز شرکت‌های تحت قرارداد با خود را تأمین کند، بدون شک صنعت سیلیکون با چالشی بزرگ روبرو خواهد شد.

تاریخچه زمین‌شناسی و اهمیت استراتژیک جاده صنوبر کاج

حدود ۳۸۰ میلیون سال پیش، در اثر برخورد دو قاره آفریقا با آمریکای شمالی، مواد معدنی با خلوص بی‌نظیری در این منطقه شکل گرفتند. این برخورد، که باعث ایجاد اصطکاک و حرارت شدید در زیر سطح زمین شد، در نهایت منجر به تشکیل کوارتزی گردید که امروزه به عنوان یک منبع حیاتی در صنعت نیمه‌هادی‌ها شناخته می‌شود. 

ویژگی برجسته این مواد معدنی این است که آنها به دلیل کمبود آب به خالص ترین شکل خود ساخته شده اند که تا به حال در هیچ کجای دنیا به این شکل کشف و استخراج نشده‌اند.

نقش کوارتز در تولید نیمه‌هادی‌ها

کوارتز با خلوص بالا، که به عنوان HPQ شناخته می‌شود، نقش کلیدی در تولید ویفرهای سیلیکونی دارد. این ویفرها، که به عنوان بستری برای ساخت تراشه‌های الکترونیکی عمل می‌کنند، باید از موادی با بالاترین درجه خلوص ساخته شوند تا عملکرد بی‌نقصی داشته باشند. از این رو، کوارتز استخراج شده از معدن Spruce Pine به دلیل خلوص بی‌نظیرش، به یک منبع غیرقابل جایگزین در این صنعت تبدیل شده است.

جالب است بدانید ادعا شده که سایت کاج صنوبر قرن‌هاست که مورد استفاده بشر قرار گرفته و حت ی بومیان آمریکا نیز برای استخراج ماده معدنی میکا آن را می‌شناختند. حتی مواد معدنی این معدن اولین بار توسط توماس ادیسون برای الکترونیک مورد استفاده قرار گرفته که در سال 1879 از میکا به عنوان عایق در برخی از اختراعات خود استفاده می‌کرده است. علاوه بر میکا و HPQ، این معدن منبع غنی کائولن و فلدسپات نیز به شمار می‌رود.

کوارتز ذوب شده از Spruce Pine HPQ «خواص نوری، مکانیکی و حرارتی بی نظیری» را برای نیمه‌هادی‌ها، سلول‌های فتوولتائیک خورشیدی، فیبر نوری و روشنایی کوارتز ارائه می دهد.

چالش‌ها و آینده صنعت تراشه وابسته به کوارتز

با توجه به افزایش تقاضا برای دستگاه‌های الکترونیکی با عملکرد بالا و نیاز روزافزون به تراشه‌های پیشرفته، وابستگی صنعت تراشه به این منبع خاص، نگرانی‌هایی را در مورد امنیت تأمین و پایداری زنجیره تولید به وجود آورده است. هرگونه اختلال در تأمین کوارتز می‌تواند تأثیرات جدی بر تولید جهانی تراشه‌ها داشته باشد و به همین دلیل، تأمین‌کنندگان و تولیدکنندگان در تلاشند تا راه‌حل‌های جایگزینی را برای این ماده حیاتی پیدا کنند.

در نهایت، کارخانه کوچک کوارتز در کارولینای شمالی نمونه‌ای از چگونگی وابستگی پیچیده و ظریف صنعت‌های پیشرفته به منابع طبیعی است. این وابستگی نه تنها برجسته‌سازی اهمیت مدیریت منابع و امنیت تأمین است، بلکه نشان‌دهنده نیاز به نوآوری و توسعه فناوری‌های جدید برای تضمین آینده‌ای پایدار در صنعت نیمه‌هادی‌ها است.