Den maleriske by Spiez ved bredden af Thunersøen fremstår som en alpin idyl. Under en af dens gavle finder man et aspekt af «Swissness», der sjældent ses på postkort, men som hører til Schweiz ligeså meget som Alperne: Hightech-innovation. Her holder «Swiss Cluster» til, et spin-off fra Empa, der har specialiseret sig i nyudviklede systemer til fremstilling af tyndfilm. «Swiss Cluster» blev grundlagt i slutningen af 2020 ved Empa i Thun af et team fra laboratoriet «Mechanics of Materials and Nanostructures» under ledelse af materialeforskeren Carlos Guerra og elektronikingeniøren Kevin Lücke. De to medstiftere forskede ved Empa for at gøre tyndfilm mere robuste og modstandsdygtige.
Bekymringen er central for mange industrier: Tyndfilm har mange anvendelser. De beskytter følsomme komponenter mod slid og korrosion. I optikken fjerner de reflekser fra linser og muliggør specialfiltre. Dekorative tyndfilm giver urkomponenter et særligt farvespil. Belagte medicinske implantater accepteres bedre af kroppen. Og inden for mikroelektronik er tyndfilmsteknologier alfa og omega: Transistorer, computerchips og skærme består af præcise sekvenser af mikro- og nanometertynde lag.
To procedurer i tandem
En almindelig metode til fremstilling af tyndfilm er fysisk dampafsætning (eng. «physical vapor deposition», PVD). Her bliver startmaterialet, ofte et metal eller metaloxid, fordampet i et vakuumkammer og kondenserer på den komponent, der skal belægges, substratet. Den etablerede metode kombinerer «Swiss Cluster» med den nyere vakuumbaserede proces kaldet atomlagafsætning (eng. «atomic layer deposition», ALD). Forskelligt fra PVD tilsættes gasformige startstoffer skiftevis i ALD-processen i vakuumkammeret, og belægningsmaterialet danner sig kemisk på substratet – med atomar præcision i lagtykkelsen.
«ALD muliggør meget tynde, homogene lag, der yder fremragende beskyttelse mod korrosion og oxidation. Omvendt leverer PVD meget hårde lag,» forklarer CEO for «Swiss Cluster», Carlos Guerra. «Ved at kombinere de to metoder kan vi fremstille tyndfilm, der er usædvanligt modstandsdygtige: hårde og duktil samtidigt, termisk robuste og modstandsdygtige mod korrosion.»
Kombinationen af de to tyndfilmsmetoder er kompleks. At tage substratet ud af et apparat og sætte det i det næste giver ikke det ønskede resultat: Ved kontakt med luft oxiderer overfladen, og dette kan forringe adhæsionen af de næste lag. «Til laboratoriumseksperimenter ved Empa bestod et tidligt system af ét vakuumkammer til både ALD og PVD. En ph.d.-studerende var nødt til manuelt at skifte substratet mellem kamrene for hver enkelt lag, uden at afbryde vakuummet,» husker Guerra.
For at forbedre denne proces opstod den første maskine fra «Swiss Cluster», delvis drevet af iværksætterånd og delvis af eget behov. Den kombinerer ALD- og PVD-udstyret i ét enkelt vakuumkammer. Nanobelægninger, som tidligere tog en uge at fremstille i laboratoriet, kan nu produceres på få timer. «Da vi byggede prototypen i laboratoriet, indså vi, at det kunne blive et produkt,» siger Guerra. «Swiss Cluster» blev født.
Innovation mere tilgængelig
«Swiss Cluster» er ikke det første firma, der kombinerer PVD og ALD. «Power-Duo» er allerede taget i brug i halvlederindustrien. «Halvlederproducenter anvender den kombinerede metode på en meget specifik måde, der er svær at overføre til andre industrier,» siger Guerra. «Vi vil i stedet fokusere på resten af markedet.»
Fordi tynde, robuste og funktionelle lag er efterspurgte alle steder fra urindustrien til fremstilling af optiske komponenter, batterier, implantater og mikroelektronik. Og for de kunder, der alene har interesse i det kommende ALD-proces, tilbyder «Swiss Cluster» en ekstra maskine. Den muliggør det såkaldte «Batch ALD»: en variant af atomlagafsætning, som er hurtigere og tillader samtidig belægning af flere komponenter eller store og komplekse dele.
«ALD er en relativt ny metode, der kun har været brugt industrielt i omkring 20 år,» siger Guerra. «Vi er overbeviste om, at den vil få større betydning og erobre nye sektorer.» Selvom vakuumbaserede metoder ofte er omkostningstunge, leverer de meget præcise resultater, hvilket giver dem en fordel i mange anvendelser.
I modsætning til det udstyr, der er almindeligt i halvlederindustrien, er maskinerne fra «Swiss Cluster» kompakte og relativt nemme at installere og betjene. «Vi gør disse højteknologiske metoder mere tilgængelige,» forklarer grundlæggeren. I eget laboratorie i Spiez tilbyder start-up'en desuden belægninger som service. «Vi arbejder sammen med vores kunder for at finde egnede belægninger til deres anvendelser. Dette hjælper os med at forbedre vores udstyr yderligere – og kunden kan overbevise sig om metoden uden at skulle anskaffe sig en ny maskine,» siger Guerra.
Hvad der begyndte i et laboratorium ved Empa i Thun med to opfindere og en prototype, er i dag blevet til en succesfuld ung virksomhed. 15 ansatte arbejder for «Swiss Cluster» i Spiez, støttet af et partnernetværk over hele verden. «Swiss Cluster»-maskiner findes i forskningsinstitutioner og virksomheder i Schweiz, USA og Storbritannien. Leveringer til Frankrig, Brasilien, Italien og Kina er nært forestående.
Her adskiller «Swiss Cluster» sig fra mange andre højteknologiske start-ups: Den unge virksomhed startede fra dag ét med en kunde ombord og er hovedsageligt vokset organisk indtil nu, gennem salg af udstyr og tjenester. «Vores første investering var først i 2025,» siger Guerra. En succes, men også en udfordring: «Vi skulle gøre det rigtigt fra starten,» smiler medstifteren. «Også derfor er vi meget taknemmelige for den indledende støtte, vi modtog som et spin-off fra Empa.» Nu er «Swiss Cluster» blevet tildelt den eftertragtede «Swiss Economic Award» i kategorien «Produktion/Erhverv» af Swiss Economic Forum. Juryen roste kombinationen af videnskabelig excellence, industriforståelse og iværksættermæssig implementering, som spin-off'et har udvist.