Vaizdingoje Spiez bendruomenėje prie Thun ežero kranto, atrodo, kaip alpinė idilija. Po vienu iš jos stogelių aptinkate «šveicariškumo» aspektą, kuris retai matomas atvirukuose, tačiau lygiai taip pat priklauso Šveicarijai kaip ir Alpės: aukštųjų technologijų inovacijos. Čia yra «Swiss Cluster» namai, Empa spin-off, kuris specializuojasi naujoviškų sistemų ploniems sluoksniams kurti. Komandą, vadovaujamą medžiagų tyrinėtojo Carlos Guerra ir elektronikos inžinieriaus Kevin Lücke, įkūrė «Swiss Cluster» 2020 metų pabaigoje Empoje Thune. Abu bendraįkūrėjai tyrinėjo, kaip padaryti plonus sluoksnius atsparesnius ir patvaresnius.
Šis poreikis yra svarbus daugeliui pramonės šakų: ploni sluoksniai turi daugybę taikymo sričių. Jie apsaugo jautrias detales nuo nusidėvėjimo ir korozijos. Optikoje jie sukuria neatsispindinčius lęšius ir leidžia sukurti specialius filtrus. Dekoratyvūs ploni sluoksniai laikrodžių dalims suteikia ypatingą spalvų žaismą. Dengtus medicininius implantus organizmas geriau priima. O mikroelektronikoje plono sluoksnio technologijos yra esminės: tranzistoriai, kompiuterio mikroschemos ir ekranai susideda iš tikslių mikro- ir nanometrų storių sluoksnių sekų.
Dvi technologijos tandemu
Vienas iš dažnai naudojamų plonų sluoksnių kūrimo būdų yra fizinė dujinė nusodinimo technologija (angl. «physical vapor deposition», PVD). Čia šaltinio medžiaga, dažniausiai metalas ar metalo oksidas, garinamas vakuumo kameroje ir kondensuojasi ant dengiamo komponento, kuris vadinamas substratu. Šią nusistovėjusią technologiją «Swiss Cluster» sujungia su visai nauja vakuuminiu būdu pagrįsta procesu, vadinamu atomine sluoksnio nusodinimo technologija (angl. «atomic layer deposition», ALD). Skirtingai nuo PVD, ALD procese pakaitomis į vakuumo kamerą įvedamos dujinės pradinės medžiagos. Dėl cheminių reakcijų susidaro dengiamasis sluoksnis – su atomine tikslumu sluoksnio storiui.
«ALD leidžia sukurti labai plonus, homogeniškus sluoksnius, kurie puikiai apsaugo nuo korozijos ir oksidacijos. Tuo tarpu PVD sukuria labai kietus sluoksnius», aiškina «Swiss Cluster» generalinis direktorius Carlos Guerra. «Derinant šias dvi technologijas galime gaminti plonus sluoksnius, kurie yra išskirtinai patvarūs: kieti ir dukticūs vienu metu, termiškai atsparūs ir atsparūs korozijai.»
Sujungiant šias dvi plonų sluoksnių technologijas yra sudėtinga. Išimti substratą iš vieno prietaiso ir įdėti į kitą nesuteikia norimo rezultato: ore paviršius oksiduojasi ir užteršiamas, o tai blogina kitų sluoksnių sukibimą. «Empoje laboratoriniams eksperimentams pirmoji sistema susideda iš atskiros vakuumo kameros ALD ir PDV procesams. Doktorantas turėjo rankiniu būdu perkelti substratą tarp kamerų kiekvienam sluoksniui, nenutraukiant vakuumo», prisimena Guerra.
Siekdama pagerinti šį procesą, pirmoji «Swiss Cluster» mašina gimė iš dalies dėl verslumo dvasios, iš dalies dėl poreikio. Ji sujungia ALD ir PVD prietaisus vienoje vakuumo kameroje. Nano sluoksniuotos struktūros, kurių kūrimui tyrėjas laboratorijoje skirdavo savaitę, dabar sukuriamos vos per kelias valandas. «Kai laboratorijoje surinkome prototipą, supratome, kad iš to gali gimti produktas», sako Guerra. Taip «Swiss Cluster» gimė.
Inovacijos daro prieinamą
«Swiss Cluster» nėra pirmoji įmonė, derinanti PVD ir ALD. Šis „Galingas duetas“ jau įsitvirtino puslaidininkių pramonėje. «Puslaidininkių gamintojai naudoja derinį labai specifiniu būdu, kuris prastai pritaikomas kituose pramonės šakose», sako Guerra. «Mes norime orientuotis į likusią rinką.»
Kadangi visose srityse reikia plonų, patvarių ir funkcionalių sluoksnių, nuo laikrodžių pramonės iki optinių komponentų, baterijų, implantų ir mikroelektronikos gamybos. Be to, klientams, kurie domisi tik klestinčiu ALD procesu, «Swiss Cluster» siūlo dar vieną įrenginį. Jis leidžia atlikti vadinamąjį «Batch ALD»: variaciją, kurioje leidžiama greičiau dėti atominius sluoksnius ir vienu metu dengti keletą komponentų arba didelių ir sudėtingų detalių.
«ALD yra palyginti naujas procesas ir pramonėje naudojamas tik apie 20 metų», sako Guerra. «Esame įsitikinę, kad jis toliau stiprės ir užims papildomus sektorius». Nors vakuuminiais būdais dažnai gamina brangius rezultatus, jie garantuoja aukštą tikslumą, todėl daugelyje taikymų suteikia pranašumą.
Skirtingai nei įrengimai, naudojami puslaidininkių pramonėje, «Swiss Cluster» mašinos yra kompaktiškos ir palyginti lengvai montuojamos ir valdomos. «Mes šias pažangias technologijas darome prieinamesnes», paaiškina įkūrėjas. Startuolis taip pat siūlo dangų paslaugas savo laboratorijoje Spieze. «Dirbame kartu su savo klientais, kad surastume tinkamas dangas jų taikymams. Tai padeda mums tobulinti mūsų įrenginius, o klientas gali patikrinti procesą nereikalaudamas iš karto įsigyti naujos mašinos», sako Guerra.
Kas prasidėjo laboratorijoje Empoje Thune, su dviem išradėjais ir prototipu, šiandien tapo sėkmingu jaunuoju verslu. Spieze 15 darbuotojų dirba «Swiss Cluster», remiami partnerių tinklo visame pasaulyje. «Swiss Cluster» mašinos dirba mokslinių tyrimų įstaigose ir įmonėse Šveicarijoje, JAV ir Jungtinėje Karalystėje. Pristatymas į Prancūziją, Braziliją, Italiją ir Kiniją greitai įvyks.
Čia «Swiss Cluster» išsiskiria iš daugelio kitų aukštųjų technologijų startuolių: jauna įmonė pradėjo jau nuo pirmos dienos su klientu ir daugiausia organiškai augo per įrenginių ir paslaugų pardavimą. „Pirmąją investiciją turėjome tik 2025 metais“, sako Guerra. Tai sėkmė, tačiau taip pat ir iššūkis: «Turėjome nuo pat pradžių daryti viską teisingai», juokiasi bendraįkūrėjas. «Todėl mes labai džiaugiamės pradine palaikymu, kurį gavome kaip spin-off iš Empa.» Dabar «Swiss Cluster» buvo apdovanotas «Swiss Economic Forum» prestižiniu «Swiss Economic Award» „Produkcijos/Amatų“ kategorijoje. Vertinimo komisija pabrėžė mokslinio meistriškumo, pramonės supratimo ir verslo įgyvendinimo derinį, kuris šį spin-off išskiria.
Kontaktas:
Dr. Carlos Guerra
Swiss Cluster AG
carlos.guerra@swisscluster.com
Adresas užklausoms:
Empa komunikacija
redaktion@empa.ch