Straturi subtiri, performanță puternică: spin-off-ul Empa «Swiss Cluster» câștigă «Swiss Economic Award»

Comunitatea pitorească Spiez de pe malul lacului Thun pare o idilă alpină. Sub unul dintre acoperișurile sale se întâlnește un aspect al «Swissness», care, deși rareori se vede pe cărțile poștale, aparține la fel de mult Elveției ca Alpii: inovația high-tech. Aici se află sediul «Swiss Cluster», un spin-off al Empa, specializat în sisteme novatoare pentru fabricarea straturilor subțiri. «Swiss Cluster» a fost fondată la sfârșitul anului 2020 la Empa din Thun de o echipă din laboratorul «Mechanics of Materials and Nanostructures» sub conducerea cercetătorului în materiale Carlos Guerra și a inginerului electronist Kevin Lücke. Cei doi cofondatori au cercetat la Empa cum să facă straturile subțiri mai robuste și mai rezistente.

Acest obiectiv este central pentru multe ramuri industriale: straturile subțiri au numeroase aplicații. Ele protejează componentele sensibile împotriva uzurii și coroziunii. In optică, ele elimină reflexiile lentilelor și permit filtre speciale. Straturile subțiri decorative conferă componentele ceasurilor o paletă cromatică specială. Implanturile medicale acoperite sunt mai bine acceptate de corp. Și în microelectronică, tehnologiile de straturi subțiri sunt esențiale: tranzistoarele, cipurile de computer și ecranele sunt formate din succesiuni precise de straturi de materiale de grosime micro- și nanometru.

Două proceduri în tandem

Un procedeu răspândit pentru fabricarea straturilor subțiri este depunerea fizică din fază de vapori (PVD). Materialul de plecare, de obicei un metal sau un oxid metalic, este evaporat într-o cameră de vid și se condensează pe piesa componentă ce urmează a fi acoperită, pe substrat. Această procedură stabilită este combinată de «Swiss Cluster» cu un proces bazat pe vid, mult mai nou, numit depunere de straturi atomice (ALD). Spre deosebire de PVD, în procesul ALD sunt adăugate alternativ substanțe de plecare gazoase în camera de vid. Materialul de acoperire rezultă ca urmare a unei reacții chimice pe substrat – cu o precizie atomică în privința grosimii stratului.

«ALD permite straturi foarte subțiri și omogene, care oferă o protecție excelentă împotriva coroziunii și oxidării. În schimb, PVD livrează straturi foarte dure», explică CEO-ul «Swiss Cluster», Carlos Guerra. «Prin combinarea celor două proceduri, putem realiza straturi subțiri care sunt extraordinar de rezistente: dure și ductile în același timp, robuste termic și rezistente la coroziune.»

Combinarea celor două proceduri de strat subțire este complexă. Scoaterea substratului dintr-un dispozitiv și introducerea sa într-un altul nu dă rezultatul dorit: la aer, suprafața se oxidează și se contaminează, ceea ce deteriorează atașarea straturilor următoare. «Pentru experimente de laborator la Empa, un sistem timpuriu consta din câte o cameră de vid pentru ALD și PVD. Un doctorand trebuia să deplaseze manual substratul între camere pentru fiecare strat, fără a întrerupe vidul», își amintește Guerra.

Pentru a îmbunătăți acest proces a apărut, parțial din spirit antreprenorial, parțial din necesitate proprie, prima mașină de la «Swiss Cluster». Aceasta combină echipamentele pentru ALD și PVD într-o singură cameră de vid. Structurile stratificate nanometric, pentru care cercetătorul avea nevoie de o săptămână în laborator, sunt create în câteva ore. «Când am construit prototipul în laborator, am realizat că acesta ar putea deveni un produs», spune Guerra. «Swiss Cluster» s-a născut.

Mai accesibilă inovația

«Swiss Cluster» nu este prima companie care combină PVD și ALD. Duo-ul «Power» și-a croit déjà drum în industria semiconductoarelor. «Producătorii de semiconductori utilizează procedura combinată într-un mod foarte specific, care se adaptează greu altor ramuri industriale», spune Guerra. «Noi dorim să ne concentrăm pe restul pieței.»

Deoarece straturile subțiri, robuste și funcționale sunt căutate peste tot, de la industria ceasurilor până la fabricarea componentelor optice, bateriilor, implanturilor și microelectronică. Și pentru acei clienți care sunt interesați doar de noul ALD, «Swiss Cluster» oferă un alt echipament. Acesta permite așa-numitul «Batch ALD»: o variantă de depunere de straturi atomice, care este mai rapidă și permite acoperirea simultană a mai multor componente sau a pieselor mari și complexe.

«ALD este un procedeu relativ nou și este folosit în industrie doar de aproximativ 20 de ani», spune Guerra. «Suntem convinși că va câștiga în continuare importanță și va cuceri sectoare suplimentare.» Deși procedeele bazate pe vid sunt adesea costisitoare, oferă rezultate de înaltă precizie, ceea ce le oferă un avantaj pentru multe aplicații.

Spre deosebire de echipamentele obișnuite din industria semiconductoarelor, mașinile de la «Swiss Cluster» sunt compacte și relativ ușor de instalat și utilizat. «Facem aceste proceduri high-tech mai accesibile», explică fondatorul. În propriul laborator din Spiez, start-up-ul oferă, de asemenea, acoperiri ca serviciu. «Lucrăm împreună cu clienții noștri pentru a găsi acoperiri potrivite pentru aplicațiile lor. Acest lucru ne ajută să ne îmbunătățim echipamentele – iar clientul se poate convinge de procedură fără a trebui să achiziționeze o nouă mașină», spune Guerra.

Ceea ce a început într-un laborator la Empa în Thun cu doi inventatori și un prototip este astăzi o companie de succes. 15 angajați lucrează pentru «Swiss Cluster» în Spiez, susținuți de o rețea de parteneri din întreaga lume. Mașinile «Swiss Cluster» se găsesc în instituții de cercetare și companii din Elveția, Statele Unite și Marea Britanie. Livrările către Franța, Brazilia, Italia și China sunt iminente.

Aici, «Swiss Cluster» se deosebește de multe alte start-up-uri hightech: tânăra firmă a început din prima zi cu un client la bord și a crescut până acum majoritar organic, prin vânzarea de echipamente și servicii. «Prima noastră investiție a avut loc abia în 2025», spune Guerra. Un succes, dar și o provocare: «A trebuit să facem totul bine de la început», zâmbește cofondatorul. «De aceea, suntem foarte recunoscători pentru sprijinul inițial pe care l-am primit ca spin-off de la Empa.» Acum, «Swiss Cluster» a fost premiată de Forumul Economic Elvețian cu râvnitul «Swiss Economic Award» la categoria «Producție/Meșteșuguri». Juriul a lăudat combinația de excelență științifică, înțelegerea industriei și implementarea antreprenorială pe care o demonstrează spin-off-ul.

Contact:
Dr. Carlos Guerra
Swiss Cluster AG
carlos.guerra@swisscluster.com

Adresă pentru întrebări:
Empa Comunicare
redaktion@empa.ch

Notă editorială: Drepturile asupra imaginilor aparțin editorului respectiv. Drepturi imagine: EMPA