İnce Katmanlar, Güçlü Performans: Empa Yan Kuruluşu «Swiss Cluster» «Swiss Economic Award» Kazandı

Thun Gölü kıyısındaki pitoresk Spiez kasabası, bir Alp idilini andırıyor. Bir çatı katının altında, kartpostallarda nadiren görülen ancak Alpler kadar İsviçre'ye ait olan bir yön olan yüksek teknoloji inovasyonuna rastlanıyor. Burada, «Swiss Cluster», Empa'nın bir yan kuruluşu olarak, yeni nesil ince katman üretim sistemlerinde uzmanlaşmış durumda bulunuyor. «Swiss Cluster», 2020 yılı sonunda Thun'daki Empa'da, Malzemelerin Mekaniği ve Nanoyapılar Laboratuvarı'ndan malzeme araştırmacısı Carlos Guerra ve elektronik mühendisi Kevin Lücke liderliğindeki bir ekip tarafından kuruldu. İki kurucu ortak, Empa'da ince katmanları daha sağlam ve dayanıklı hale getirmek üzerine araştırmalar yaptı.

Bu konu, birçok sanayi dalı için merkezi bir öneme sahip: İnce katmanların birçok uygulaması var. Hassas parçaları aşınma ve korozyona karşı koruyorlar. Optikte lensleri yansımasız hale getiriyor ve özel filtrelerin oluşumunu sağlıyor. Dekoratif ince katmanlar, saat bileşenlerine özel bir renk oyunları sağlıyor. Kaplanmış medikal implantlar vücut tarafından daha iyi kabul ediliyor. Mikroelektronikte ise ince film teknolojileri A'dan Z'ye her şeydir: Transistörler, bilgisayar çipleri ve ekranlar mikro ve nanometre ince tabaka dizilerinden oluşuyor.

İkili İşlem:

İnce katman üretimi için yaygın bir yöntem, fiziksel buhar biriktirme (İngilizce «physical vapor deposition», PVD) işlemidir. Bu işlemde, genellikle bir metal veya metal oksit olan kaynak malzeme, bir vakum odasında buharlaşır ve kaplanacak parça olan substrat üzerinde yoğunlaşır. «Swiss Cluster», bu yerleşik yöntemi, vakum tabanlı daha yeni bir işlem olan atomik tabaka biriktirme (İngilizce «atomic layer deposition», ALD) ile birleştiriyor. PVD'nin aksine, ALD işleminde gaz halindeki kaynak maddeler sırayla vakum odasına eklenir. Bu süreçte, kaplama malzemesi substrat üzerinde kimyasal bir reaksiyonla oluşur, bu da tabakanın kalınlığını atomik hassasiyetle ayarlamayı sağlar.

«ALD çok ince, homojen katmanlar oluşturmayı mümkün kılar ve korozyon ve oksidasyona karşı mükemmel koruma sağlar. Öte yandan, PVD çok sert katmanlar sağlar», diyor «Swiss Cluster» CEO'su Carlos Guerra. «Bu iki yöntemi birleştirerek, olağanüstü dayanıklı ince katmanlar üretebiliyoruz: hem sert hem de esnek, termal olarak sağlam ve korozyona karşı dirençli.»

İki ince tabaka işlem yöntemini birleştirmek karmaşıktır. Cihazdan substratı çıkarıp bir başka cihaza yerleştirmek istenilen sonucu vermez: Havadaki oksijen ve kirleticiler yüzeyi oksitler ve sonraki katmanların yapışmasını kötüleştirir. «Empa'da laboratuvar deneyleri için erken bir sistem, ALD ve PDV için ayrı vakum odalarını içeriyordu. Bir doktora öğrencisi, her bir katman için substratı odalar arasında, vakumu kesmeden manuel olarak taşımalıydı», diye hatırlıyor Guerra.

Bu süreci geliştirmek için, girişimcilik ruhuyla ve kendi ihtiyacını karşılamak amacıyla «Swiss Cluster»in ilk makinesi ortaya çıktı. Bu makine, ALD ve PVD için donanımları tek bir vakum odasında bir araya getiriyor. Bir araştırmacının laboratuvarda bir hafta süren nanokatmanlı yapıları, birkaç saat içinde elde edilebiliyor. «Laboratuvarda prototipi inşa ettiğimizde, bunun bir ürün olabileceğini fark ettik», diyor Guerra. «Swiss Cluster» böyle doğdu.

İnovasyonu Ulaşılabilir Kılmak:

«Swiss Cluster», PVD ve ALD'yi birleştiren ilk firma değil. Bu «Güç İkilisi» yarı iletken endüstrisinde zaten kendine yer buldu. «Yarı iletken üreticileri, birleşik yöntemi çok spesifik bir şekilde kullanıyorlar ve bu durum diğer sanayi dallarına kötü uyarlanıyor», diyor Guerra. «Biz bunun yerine geri kalan pazara odaklanmak istiyoruz.»

İnce, dayanıklı ve fonksiyonel kaplamalar saat endüstrisinden optik bileşen üretimine, batarya, implant ve mikroelektronik üretimine kadar her yerde talep görüyor. Ve yalnızca yükselen ALD yöntemine ilgi duyan müşteriler için, «Swiss Cluster» başka bir cihaz sunuyor. Bu, sözde «Batch ALD» imkanı sunuyor: hızlı ve aynı anda birden fazla parçanın veya büyük ve karmaşık parçaların kaplanmasına olanak tanıyan bir atomik tabaka biriktirme varyantı.

«ALD, nispeten yeni bir işlem ve yalnızca yaklaşık 20 yıldır sanayide kullanılıyor», diyor Guerra. «Bunun daha da önem kazanacağına ve daha fazla sektöre gireceğine inanıyoruz.»

Vakum bazlı süreçler genellikle pahalıdır, ancak yüksek hassasiyetli sonuçlar sağlar ve bu da onları birçok uygulama için avantajlı kılar. Yarı iletken endüstrisinde yaygın olan cihazlardan farklı olarak, «Swiss Cluster» makineleri kompakt ve nispeten kurulum ve işletimleri daha kolaydır.

«Bu yüksek teknoloji proseslerini daha ulaşılabilir kılıyoruz», diye açıklıyor kurucu. Spiez'deki kendi laboratuvarında, start-up ayrıca kaplama işlemlerini bir hizmet olarak sunuyor.

«Müşterilerimizle birlikte çalışarak, onların uygulamaları için uygun kaplamalar buluyoruz. Bu, ekipmanımızı daha da geliştirmemize yardımcı oluyor - ve müşteri, hemen yeni bir makine satın almadan süreçle ikna olabilir», şeklinde özetliyor Guerra.

Empa'daki Thun'da bir laboratuvarda, iki mucit ve bir prototip ile başlayan şey, bugün başarılı bir genç firma haline geldi. 15 çalışan, Spiez'de «Swiss Cluster» için çalışıyor ve dünya çapında bir ortak ağıyla destekleniyor. «Swiss Cluster» makineleri, İsviçre, ABD ve Birleşik Krallık'taki araştırma kurumlarında ve firmalarında bulunuyor. Fransa, Brezilya, İtalya ve Çin'e teslimatlar yakında gerçekleşecek.

Burada «Swiss Cluster», birçok diğer yüksek teknoloji start-up'ından ayrılıyor: Genç firma, ilk günden bir müşteri ile işe başladı ve şimdiye kadar organik olarak, cihaz ve hizmet satışı yoluyla büyüdü. «İlk yatırımımızı 2025'te aldık», diyor Guerra. Bir başarı, ama aynı zamanda bir zorluk: «Başından beri doğru yapmamız gerekiyordu», diye gülümsüyor kurucu. «Bu yüzden, bir yan kuruluş olarak Empa'dan aldığımız başlangıç desteğinden dolayı çok mutluyuz.»

Şimdi, «Swiss Cluster», Swiss Economic Forum tarafından, «Üretim/Ticaret» kategorisinde, bilimsel mükemmeliyet, endüstri anlayışı ve girişimcilik uygulamasıyla öne çıkan özelliklerinden dolayı, istenen «Swiss Economic Award» ile ödüllendirildi.

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

Soru Adresi:
Empa İletişim
redaktion@empa.ch

Editör notu: Görsel hakları ilgili yayıncıya aittir. Görsel hakları: EMPA