La pittoresque commune de Spiez, au bord du lac de Thoune, ressemble à une idylle alpine. Sous l'un de ses toits à pignon se cache un aspect de la «Swissness» rarement visible sur les cartes postales, mais tout aussi représentatif de la Suisse que les Alpes: l'innovation high-tech. C'est ici que «Swiss Cluster», une spin-off de l'Empa, a son siège, spécialisée dans les systèmes innovants pour la production de couches minces. «Swiss Cluster» a été fondée fin 2020 à l'Empa à Thoune, par une équipe du laboratoire «Mechanics of Materials and Nanostructures» dirigée par le chercheur en matériaux Carlos Guerra et l'ingénieur en électronique Kevin Lücke. Les deux cofondateurs ont mené des recherches à l'Empa pour rendre les couches minces plus robustes et résistantes.
Cet objectif est central pour de nombreux secteurs industriels: les couches minces ont de nombreuses applications. Elles protègent les composants sensibles contre l'usure et la corrosion. En optique, elles anti-reflet les lentilles et permettent des filtres spéciaux. Les couches minces décoratives donnent aux composants des montres des jeux de couleurs particuliers. Les implants médicaux revêtus sont mieux acceptés par le corps. Et dans la microélectronique, les technologies des couches minces sont même essentielles: transistors, puces informatiques et écrans sont constitués de séquences précises de couches de matériaux micro- et nanométriques.
Deux procédés en tandem
Un procédé courant pour fabriquer des couches minces est la déposition en phase vapeur physique (ou «physical vapor deposition», PVD, en anglais). Le matériau de départ, généralement un métal ou un oxyde métallique, est vaporisé dans une chambre sous vide et se condense sur le composant à revêtir, le substrat. Ce procédé établi est combiné par «Swiss Cluster» avec un processus sous vide bien plus récent appelé dépôt par couches atomiques (ou «atomic layer deposition», ALD). Contrairement à la PVD, dans le procédé ALD, des matériaux de départ gazeux sont ajoutés séquentiellement à la chambre sous vide. Le matériau de revêtement se forme ensuite dans une réaction chimique sur le substrat, avec une précision atomique en termes d'épaisseur de couche.
«L'ALD permet des couches très minces et homogènes, offrant une excellente protection contre la corrosion et l'oxydation. En revanche, la PVD fournit des couches très dures», explique le PDG de «Swiss Cluster», Carlos Guerra. «En combinant les deux procédés, nous pouvons créer des couches minces qui sont exceptionnellement résistantes: dures et ductiles à la fois, thermiquement robustes et résistantes à la corrosion.»
La combinaison des deux procédures de couches minces est complexe. Retirer le substrat d'un appareil et le placer dans un autre n'aboutit pas au résultat escompté: au contact de l'air, la surface s'oxyde et se contamine, ce qui détériore l'adhérence des couches suivantes. «Pour les expériences de laboratoire à l'Empa, un système précoce comportait une chambre sous vide pour l'ALD et une pour la PVD. Un doctorant devait déplacer le substrat manuellement entre les chambres à chaque couche, sans interrompre le vide», se souvient Guerra.
Pour améliorer ce processus, la première machine de «Swiss Cluster» a été créée, partiellement par esprit entrepreneurial, partiellement par besoin propre. Elle combine les dispositifs pour l'ALD et la PVD dans une seule chambre sous vide. Les structures nanostructurées, pour lesquelles le chercheur mettait une semaine en laboratoire, sont produites en quelques heures à l'intérieur. «Lorsque nous avons construit le prototype en laboratoire, nous avons réalisé qu'il pourrait devenir un produit», déclare Guerra. «Swiss Cluster» est né.
Rendre l'innovation plus accessible
«Swiss Cluster» n'est pas la première entreprise à combiner PVD et ALD. Ce «duo puissant» a déjà fait son chemin dans l'industrie des semi-conducteurs. «Les fabricants de semi-conducteurs utilisent le procédé combiné de manière très spécifique, difficilement transférable à d'autres secteurs», souligne Guerra. «Nous voulons plutôt nous concentrer sur le reste du marché.»
En effet, les couches minces, robustes et fonctionnelles sont recherchées partout, de l'industrie horlogère à la fabrication de composants optiques, de batteries, d'implants et de microélectronique. Et pour les clients intéressés uniquement par le procédé montant de l'ALD, «Swiss Cluster» propose un autre appareil. Il permet ce qu'on appelle le «Batch ALD»: une variante du dépôt par couches atomiques qui est plus rapide et permet de revêtir simultanément plusieurs composants ou des pièces de grande taille et complexes.
«L'ALD est un procédé relativement nouveau, utilisé dans l'industrie depuis environ 20 ans», déclare Guerra. «Nous sommes convaincus qu'il va gagner en importance et conquérir des secteurs supplémentaires.» Bien que les procédés sous vide soient souvent coûteux, ils fournissent des résultats d'une précision extrême, leur donnant un avantage pour de nombreuses applications.
Contrairement aux équipements courants dans l'industrie des semi-conducteurs, les machines de «Swiss Cluster» sont compactes et relativement simples à installer et à utiliser. «Nous rendons ces procédés high-tech plus accessibles», explique le fondateur. Dans son propre laboratoire à Spiez, la start-up propose en outre des revêtements en tant que service. «Nous travaillons avec nos clients pour trouver les revêtements adaptés à leurs applications. Cela nous aide à améliorer nos appareils – et le client peut être convaincu du procédé sans avoir à acheter de nouvelles machines», dit Guerra.
Ce qui a commencé avec deux inventeurs et un prototype dans un laboratoire de l'Empa à Thoune est aujourd'hui devenu une jeune entreprise prospère. «Swiss Cluster» emploie 15 personnes à Spiez, soutenue par un réseau de partenaires dans le monde entier. Les machines de «Swiss Cluster» sont installées dans des institutions de recherche et des entreprises en Suisse, aux États-Unis et au Royaume-Uni. Des livraisons vers la France, le Brésil, l'Italie et la Chine sont en préparation.
Ici, «Swiss Cluster» se distingue de nombreux autres start-ups high-tech: depuis le premier jour, la jeune entreprise a commencé avec un client à bord et a jusqu'à présent principalement grandi organiquement, grâce à la vente de machines et de services. «Nous n'avons eu notre premier investissement qu'en 2025», déclare Guerra. Un succès, mais aussi un défi: «Nous devions bien faire dès le début», sourit le cofondateur. «C'est aussi pour cela que nous apprécions beaucoup le soutien initial que nous avons reçu en tant que spin-off de l'Empa.» Maintenant, «Swiss Cluster» a été récompensé par le «Swiss Economic Forum» avec le prestigieux «Swiss Economic Award» dans la catégorie «Production/Artisanat». Le jury a salué la combinaison de l'excellence scientifique, de la compréhension de l'industrie et de la mise en œuvre entrepreneuriale que la spin-off démontre.
Contact:
Dr. Carlos Guerra
Swiss Cluster AG
carlos.guerra@swisscluster.com
Adresse pour questions:
Empa Communication
redaktion@empa.ch