La pintoresca comunidad de Spiez a orillas del lago de Thun se asemeja a un idilio alpino. Bajo uno de sus techos de dos aguas se encuentra un aspecto de la «suicidad» que rara vez se ve en postales, pero que también forma parte de Suiza, como los Alpes: la innovación tecnológica. Aquí es donde se encuentra 'Swiss Cluster', un spin-off de Empa que se especializa en sistemas novedosos para la producción de capas delgadas. 'Swiss Cluster' fue fundado a finales de 2020 en Empa en Thun por un equipo del laboratorio 'Mecánica de Materiales y Nanostructuras', bajo la dirección del investigador de materiales Carlos Guerra y el ingeniero electrónico Kevin Lücke. Los dos cofundadores investigaron en Empa para hacer que las capas delgadas fueran más robustas y resistentes.
Este cometido es central para muchas industrias: las capas delgadas tienen numerosas aplicaciones. Protegen componentes delicados del desgaste y la corrosión. En la óptica, antihuelen lentes y permiten filtros especiales. Las capas delgadas decorativas dan un juego de colores especial a los componentes de los relojes. Los implantes médicos recubiertos son mejor aceptados por el cuerpo. Y en la microelectrónica, las tecnologías de capas delgadas son cruciales: transistores, chips de computadora y pantallas están formados por secuencias precisas de capas de material de micro y nanómetros de grueso.
Dos métodos en tándem
Un método común para la producción de capas delgadas es la deposición física de vapor (PVD, por sus siglas en inglés). En este proceso, el material de partida, generalmente un metal o un óxido metálico, se evapora en una cámara de vacío y se condensa sobre el componente a recubrir, el substrato. Este proceso establecido es combinado por 'Swiss Cluster' con un procedimiento basado en vacío más nuevo llamado deposición de capas atómicas (ALD, por sus siglas en inglés). A diferencia del PVD, en el método ALD se agregan alternadamente sustancias gaseosas de partida en la cámara de vacío. Esto forma el material de recubrimiento en una reacción química sobre el sustrato, con precisión atómica en el grosor de la capa.
'ALD permite capas muy delgadas y homogéneas, que ofrecen excelente protección contra la corrosión y oxidación. PVD, en cambio, proporciona capas muy duras', explica el CEO de 'Swiss Cluster', Carlos Guerra. 'Al combinar ambos métodos, podemos crear capas delgadas que son extraordinariamente resistentes: duras y dúctiles a la vez, robustas térmicamente y resistentes a la corrosión.'
La combinación de ambos métodos de capas delgadas es compleja. Sacar el substrato de un dispositivo y colocarlo en otro no entrega el resultado deseado: al contacto con el aire, la superficie se oxida y contamina, lo que empeora la adherencia de las siguientes capas. 'Para experimentos en el laboratorio de Empa, un sistema temprano consistía en una cámara de vacío para ALD y otra para PVD. Un estudiante de doctorado tenía que mover manualmente el substrato entre las cámaras para cada capa sin interrumpir el vacío', recuerda Guerra.
Para mejorar este proceso, en parte por iniciativa empresarial y en parte por necesidad propia, 'Swiss Cluster' creó su primera máquina. Combina los dispositivos para ALD y PVD en una sola cámara de vacío. Estructuras en capas de nanoescala, que le tomaban a un investigador una semana en el laboratorio, se producen en cuestión de horas. 'Cuando construimos el prototipo en el laboratorio, nos dimos cuenta de que podría convertirse en un producto', dice Guerra. 'Swiss Cluster' había nacido.
Haciendo la innovación más accesible
'Swiss Cluster' no es la primera empresa en combinar PVD y ALD. El 'dúo poderoso' ya ha echado raíces en la industria de los semiconductores. 'Los fabricantes de semiconductores usan este método combinado de una manera muy específica, que no se traslada fácilmente a otras industrias', dice Guerra. 'En cambio, queremos centrarnos en el resto del mercado.'
Porque las capas delgadas, robustas y funcionales son muy solicitadas en todo, desde la industria relojera hasta la fabricación de componentes ópticos, baterías, implantes y microelectrónica. Para aquellos clientes interesados solo en el en desarrollo ALD, 'Swiss Cluster' ofrece otro dispositivo. Este permite lo que se llama 'Batch ALD': una variante de deposición de capas atómicas que es más rápida y permite el recubrimiento simultáneo de varios componentes o de piezas grandes y complejas.
'ALD es un proceso relativamente nuevo y solo se ha utilizado en la industria durante unos 20 años', dice Guerra. 'Estamos convencidos de que seguirá ganando importancia y conquistará sectores adicionales.' Aunque los métodos basados en vacío son a menudo costosos, proporcionan resultados de alta precisión, lo que les da una ventaja para muchas aplicaciones.
A diferencia de los equipos comunes en la industria de semiconductores, las máquinas de 'Swiss Cluster' son compactas y relativamente fáciles de instalar y operar. 'Hacemos estos procesos de alta tecnología más accesibles', explica el fundador. Además, en su propio laboratorio en Spiez, la start-up ofrece recubrimientos como servicio. 'Trabajamos junto con nuestros clientes para encontrar recubrimientos adecuados para sus aplicaciones. Esto nos ayuda a seguir mejorando nuestros equipos, y el cliente puede convencerse del proceso sin tener que comprar una nueva máquina', dice Guerra.
Lo que comenzó en un laboratorio en Empa en Thun con dos investigadores y un prototipo, hoy es una empresa joven y exitosa. 15 empleados trabajan para 'Swiss Cluster' en Spiez, apoyados por una red de socios en todo el mundo. Las máquinas de 'Swiss Cluster' están en instituciones de investigación y empresas en Suiza, EE. UU. y el Reino Unido. Entregas a Francia, Brasil, Italia y China están por llegar.
Aquí 'Swiss Cluster' se distingue de muchas otras start-ups de alta tecnología: la joven empresa comenzó con un cliente desde el primer día y ha crecido mayormente de forma orgánica, a través de la venta de dispositivos y servicios. 'Nuestra primera inversión la tuvimos hasta 2025', dice Guerra. Un éxito, pero también un desafío: 'Teníamos que hacerlo bien desde el principio', sonríe el cofundador. 'Por eso estamos muy agradecidos por el apoyo inicial que recibimos al ser un spin-off de Empa.' Ahora, 'Swiss Cluster' ha sido distinguido por el Foro Económico Suizo con el prestigioso 'Swiss Economic Award' en la categoría 'Producción/Comercio'. El jurado elogió la combinación de excelencia científica, comprensión industrial e implementación empresarial que el spin-off muestra.