Tenké vrstvy, silný výkon: Spin-off Empa «Swiss Cluster» získává «Swiss Economic Award»

Malebná obec Spiez na břehu Thunského jezera působí jako alpská idylka. Pod jednou ze svých střech skrývá aspekt «švýcarskost», který není tak často vidět na pohlednicích, ale je stejně švýcarský jako Alpy: high-tech inovace. Zde sídlí «Swiss Cluster», spin-off Empa, který se specializuje na nové systémy pro produkci tenkých vrstev. «Swiss Cluster» bylo založeno na konci roku 2020 v Empa v Thunu týmem z laboratoře «Mechanics of Materials and Nanostructures» pod vedením materiálového výzkumníka Carlose Guerry a elektronického inženýra Kevina Lückeho. Oba spoluzakladatelé pracovali na tom, aby tenké vrstvy byly odolnější a pevnější.

Záměr je klíčový pro mnoho průmyslových odvětví: tenké vrstvy mají mnoho aplikací. Chrání citlivé součástky před opotřebením a korozí. V optice antireflexují čočky a umožňují speciální filtry. Dekorativní tenké vrstvy dodávají součástkám hodinek speciální barevný efekt. Povlakované lékařské implantáty jsou lépe přijímány organismem. A v mikroelektronice jsou technologie tenkých vrstev klíčové: tranzistory, počítačové čipy a displeje se skládají z přesných sekvencí mikro- a nanometricky tenkých materiálových vrstev.

Dvě metody v tandemu

Běžnou metodou pro výrobu tenkých vrstev je fyzikální depozice z plynné fáze (angl. «physical vapor deposition», PVD). Základní materiál, většinou kov nebo kovoxid, se vypaří v vakuové komoře a kondenzuje se na součástce, která má být povlakována - substrátu. Toto zavedené metoda kombinuje «Swiss Cluster» s mnohem novějším vakuovým procesem zvaným atomová depozice vrstev (angl. «atomic layer deposition», ALD). Na rozdíl od PVD se při ALD procesu střídavě přidávají plynné výchozí látky do vakuové komory. Z toho se vytvoří povlakový materiál chemickou reakcí na substrátu – s atomární přesností v tloušťce vrstvy.

«ALD umožňuje velmi tenké, homogenní vrstvy, které nabízejí vynikající ochranu proti korozi a oxidaci. PVD naopak dodává velmi tvrdé vrstvy,» vysvětluje CEO «Swiss Cluster», Carlos Guerra. «Kombinací obou metod můžeme vytvořit tenké vrstvy, které jsou mimořádně odolné: tvrdé a současně duktilní, teplotně stabilní a odolné vůči korozi.»

Kombinace obou metod tenkých vrstev je komplexní. Vyndat substrát z jednoho zařízení a vložit ho do dalšího nedává požadovaný výsledek: na vzduchu se povrch oxiduje a kontaminuje, což zhoršuje přilnavost dalších vrstev. «Pro laboratorní experimenty v Empa byl raný systém tvořen vždy jednou vakuovou komorou pro ALD a PDV. Doktorand musel substrát pro každou vrstvu ručně přesunovat mezi komorami bez přerušení vakua,» vzpomíná Guerra.

Aby se tento proces zlepšil, vznikl částečně z podnikatelského ducha, částečně z vlastní potřeby první stroj «Swiss Cluster». Kombinuje zařízení pro ALD a PVD v jedné vakuové komoře. Nano-vrstvené struktury, pro které výzkumník v laboratoři potřeboval týden, se v něm vytvoří během několika hodin. «Když jsme prototyp postavili v laboratoři, uvědomili jsme si, že by se mohl stát produktem,» říká Guerra. «Swiss Cluster» byl na světě.

Zpřístupnění inovací

«Swiss Cluster» není první společností, která kombinuje PVD a ALD. Toto «Power-Duo» už našlo své místo v polovodičovém průmyslu. «Výrobci polovodičů používají kombinovanou metodu velmi specifickým způsobem, který se špatně přenáší na jiná odvětví,» říká Guerra. «My se místo toho zaměřujeme na zbytek trhu.»

Protože tenké, robustní a funkční vrstvy jsou potřeba všude, od hodinářského průmyslu po výrobu optických komponentů, baterií, implantátů a mikroelektroniky. A pro ty zákazníky, kteří mají zájem jen o vzrůstající ALD metodu, nabízí «Swiss Cluster» další zařízení. Umožňuje takzvané «Batch ALD»: variantu atomové depozice vrstev, která je rychlejší a umožňuje současné povlakování několika komponent nebo velkých a složitých součástek.

«ALD je poměrně nová metoda a v průmyslu je používána teprve asi 20 let,» říká Guerra. «Jsme přesvědčeni, že bude dále získávat na významu a dobude další sektory.» Ačkoliv jsou vakuové metody často nákladné, dodávají vysoce přesné výsledky, což jim pro mnoho aplikací dává přednost.

Na rozdíl od zařízení běžně používaných v polovodičovém průmyslu jsou stroje «Swiss Cluster» kompaktní a poměrně snadno instalovatelné a ovladatelné. «Zpřístupňujeme tyto high- tech metody», dodává zakladatel. Ve vlastním laboratoři ve Spiez nabízí start-up také povlaky jako službu. «Spolupracujeme s našimi zákazníky, abychom našli vhodné povlaky pro jejich aplikace. To nám pomáhá vylepšit naše zařízení – a zákazník se může o metodě přesvědčit, aniž by si musel hned pořizovat nové zařízení,» říká Guerra.

Co začalo v laboratoři Empa v Thunu se dvěma zákulisníky a prototypem, se dnes stalo úspěšnou mladou firmou. 15 zaměstnanců pracuje pro «Swiss Cluster» ve Spiez, podpořeno partnerskou sítí po celém světě. Stroje «Swiss Cluster» jsou v výzkumných institucích a u firem ve Švýcarsku, USA a ve Velké Británii. Dodávky do Francie, Brazílie, Itálie a Číny jsou na spadnutí.

Zde se «Swiss Cluster» odlišuje od mnoha dalších high-tech startupů: mladá firma začala od prvního dne s klientem na palubě a dosud organicky rostla, přes prodej zařízení a služeb. «První investici jsme měli teprve v roce 2025,» říká Guerra. Úspěch, ale také výzva: «Museli jsme to od začátku dělat správně,» usmívá se spoluzakladatel. «I proto jsme velmi vděční za počáteční podporu, kterou jsme jako spin-off od Empa získali.» Nyní byl «Swiss Cluster» oceněn Swiss Economic Forum žádaným «Swiss Economic Award» v kategorii «Výroba/Řemeslo». Porota vyzdvihla kombinaci vědecké excelence, průmyslového porozumění a podnikatelského přístupu, které spin-off ukazuje.

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

Adresa pro dotazy:
Empa Kommunikation
redaktion@empa.ch

Poznámka redakce: Autorská práva k obrázku náleží príslušnému vydavateli. Autorská práva k obrázku: EMPA