Pārskatāmā Spiezas pilsētiņa pie Thun ezera krasta šķiet kā idilliska Alpu vide. Zem vienas no tās jumtiem atklājas «Swissness» aspekts, kas gan reti parādās pastkartēs, bet ir tikpat svarīgs Šveicei kā Alpi: augsto tehnoloģiju inovācija. Šeit ir mājvieta «Swiss Cluster», Empa spin-off, kas specializējas jaunu sistēmu izstrādē plānu kārtu ražošanai. «Swiss Cluster» tika dibināts 2020. gada beigās Empa Thunā, un tā izveidoja komanda no laboratorijas «Materials and Nanostructures Mechanics» ar materiālzinātnieku Carlos Guerra un elektronikas inženieri Kevin Lücke vadībā. Abi līdzdibinātāji strādāja Empa, lai padarītu plānās kārtas izturīgākas un noturīgākas.
Daudzām nozarēm šis uzdevums ir būtisks: plānas kārtas tiek plaši izmantotas. Tās aizsargā jutīgas sastāvdaļas pret nodilumu un koroziju. Optikā tās samazina lēcu atspīdumu un ļauj veidot speciālus filtrus. Dekoratīvas plānas kārtas pulksteņu komponentiem nodrošina īpašu krāsu spēli. Pārklāti medicīnas implanti tiek labāk pieņemti organismā. Mikroelektronikā plānu kārtaines tehnoloģijas ir alfa un omega: tranzistori, mikroshēmas un ekrāni sastāv no precīzām mikrometru un nanometru plānu materiālu kārtu secībām.
Divas metodes kopā darbojoties.
Plaša metode plānas kārtas izveidei ir gāzu fāzes nogulsnēšanās (angliski «physical vapor deposition», PVD). Šajā procesā sākuma materiāls, parasti metāls vai metāls oksīds, tvaikojas vakuuma kamerā un kondensējas uz pārklājamā komponenta, substrata. «Swiss Cluster» apvieno šīs ierastās metodes ar ievērojami jaunāku vakuuma bāzes metodi, ko sauc par atomu slāņa nogulsnēšanu (angliski «atomic layer deposition», ALD). Atšķirībā no PVD, ALD metodes dēļ vakuumkamerā periodiski tiek injicēti gāzveida sākuma materiāli. Materiāla kārta veidojas ķīmiskā reakcijā uz substrāta — ar atomu precizitāti slāņa biezumā.
«ALD nodrošina ļoti plānas, viendabīgas kārtas, kas sniedz izcilu aizsardzību pret koroziju un oksidāciju. PVD, savukārt, piegādā ļoti cietas kārtas,» paskaidro «Swiss Cluster» vadītājs Carlos Guerra. «Kombinējot abas metodes, mēs varam izveidot plānas kārtas, kas ir ārkārtīgi izturīgas: cietas un duktilas vienlaikus, termiski izturīgas un izturīgas pret koroziju.»
Abu plānu kārtu metožu kombinācija ir sarežģīta. Substrāta izņemšana no vienas ierīces un ievietošana citā nenodrošina vēlamo rezultātu: Gaisā virsma oksidējas un tiek piesārņota, kas pasliktina nākamo kārtu uzlikšanas spēju. «Empas laboratorijas eksperimentos agrīnajā sistēmā bija pa vienai vakuuma kamerai ALD un PVD. Vienam doktorantam vajadzēja manuāli pārvietot substrātu no vienas kameras uz otru bez vakuuma pārtraukšanas,» atceras Guerra.
Lai uzlabotu šo procesu, daļēji no uzņēmīguma, daļēji no pašas vajadzības, tika izveidota pirmā «Swiss Cluster» mašīna. Tā apvieno ALD un PVD iekārtas vienā vakuuma kamerā. Nanotruktūras, kuras pētnieks laboratorijā veidoja nedēļu, tiek izveidotas dažās stundās. «Kad prototipu uzbūvējām laboratorijā, mēs sapratām, ka tas varētu kļūt par produktu,» saka Guerra. Tā dzima «Swiss Cluster».
Inovācijas padarīšana par pieejamu.
«Swiss Cluster» nav pirmais uzņēmums, kas apvieno PVD un ALD. «Power-Duo» jau ir nostiprinājies pusvadītāju industrijā. «Pusvadītāju ražotāji izmanto apvienoto metodi ļoti specifiskā veidā, kas ir maz piemērojama citām nozarēm,» saka Guerra. «Mēs, savukārt, vēlamies pievērsties pārējam tirgum.»
Jo plānas, izturīgas un funkcionālas kārtas ir pieprasītas visur, no pulksteņu rūpniecības līdz optisko komponentu, bateriju, implantu un mikroelektronikas ražošanai. Un tiem klientiem, kas interesējas tikai par ALD metodes pieaugšanu, «Swiss Cluster» piedāvā vēl vienu ierīci. Tā nodrošina tā saucamo «batch ALD»: atomu slāņa nogulsnēšanas variantu, kas ir ātrāks un ļauj veidot vairāku komponentu vai lielu un sarežģītu detaļu vienlaicīgu pārklājumu.
«ALD ir salīdzinoši jauna metode un rūpniecībā tiek pielietota tikai apmēram 20 gadus,» saka Guerra. «Mēs esam pārliecināti, ka tā turpinās pieaugt nozīmes, apgūstot jaunas nozares.» Lai gan vakuuma bāzes metodes bieži ir dārgas, tās nodrošina augstas precizitātes rezultātus, kas tām daudzās lietojumprogrammās sniedz priekšrocību.
Atšķirībā no pusvadītāju rūpniecībā parastajām ierīcēm, «Swiss Cluster» mašīnas ir kompaktas un salīdzinoši viegli uzstādāmas un darbināmas. «Mēs padarām šīs augsto tehnoloģiju metodes pieejamākas,» paskaidro dibinātājs. Savā laboratorijā Spiezā start-up arī piedāvā pārklājumus kā pakalpojumu. «Mēs strādājam ar saviem klientiem, lai atrastu piemērotus pārklājumus viņu pielietojumiem. Tas palīdz mums uzlabot mūsu ierīces – un klients var pārliecināties par metodi, neiegādājoties jaunu mašīnu,» saka Guerra.
Tas, kas sākās laboratorijā Empa Thunā ar diviem izgudrotājiem un prototipu, ir kļuvis par veiksmīgu jaunu uzņēmumu. 15 darbinieki strādā Spiezā «Swiss Cluster», atbalstīti ar partneru tīklu visā pasaulē. «Swiss Cluster» mašīnas ir pētniecības institūcijās un uzņēmumos Šveicē, ASV un Lielbritānijā. Piegādes uz Franciju, Brazīliju, Itāliju un Ķīnu drīz sekos.
Šeit «Swiss Cluster» atšķiras no daudzām citām augsto tehnoloģiju start-up: Jaunais uzņēmums no pirmās dienas sāka ar klientu uz klāja un līdz šim galvenokārt ir pieaudzis, izmantojot ierīču un pakalpojumu pārdošanu. «Pirmo ieguldījumu saņēmām tikai 2025. gadā,» saka Guerra. Panākumi, bet arī izaicinājums: «Mums no sākuma viss bija jādara pareizi,» smaidot saka līdzdibinātājs. «Tāpēc mēs esam ļoti pateicīgi par sākotnējo atbalstu, ko saņēmām kā spin-off no Empa.» Tagad «Swiss Cluster» ir apbalvots no Swiss Economic Forum ar kāroto «Swiss Economic Award» kategorijā «Ražošana/Amatniecība». Žūrija slavēja zinātnisko izcilības, industrijas izpratnes un uzņēmējdarbības īstenošanas kombināciju, ko spin-off parāda.
Kontakti:
Dr. Carlos Guerra
Swiss Cluster AG
carlos.guerra@swisscluster.com
Adrese jautājumiem:
Empa komunikācija
redaktion@empa.ch