La commune pittoresque de Spiez, au bord du lac de Thoune, ressemble à un paradis alpin. Sous l’un de ses toits à pignon, on découvre un aspect de la « suissitude » que l’on voit rarement sur les cartes postales, mais qui fait tout autant partie de la Suisse que les Alpes : l’innovation high-tech. C’est ici que réside « Swiss Cluster », une spin-off de l’Empa spécialisée dans les systèmes innovants de fabrication de couches minces. « Swiss Cluster » a été fondée fin 2020 à l’Empa de Thoune par une équipe du laboratoire « Mechanics of Materials and Nanostructures », sous la direction du chercheur en matériaux Carlos Guerra et de l’ingénieur en électronique Kevin Lücke. Les deux cofondateurs menaient des recherches à l’Empa pour rendre les couches minces plus robustes.
Cette question est centrale 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 traitent les lentilles contre les reflets et permettent la fabrication de filtres spéciaux. Les couches minces décoratives confèrent aux composants horlogers un jeu de couleurs particulier. Les implants médicaux revêtus sont mieux acceptés par l’organisme. Et en microélectronique, les technologies des couches minces sont même indispensables : les transistors, les puces informatiques et les écrans sont constitués de séquences précises de couches de matériaux d’une épaisseur de l’ordre du micromètre et du nanomètre.
Deux procédés en tandem
Un procédé courant pour la fabrication de couches minces est le dépôt physique en phase vapeur (en anglais « physical vapor deposition », PVD). Dans ce procédé, le matériau de départ, généralement un métal ou un oxyde métallique, est vaporisé dans une chambre à vide et se condense sur le composant à revêtir, le substrat. « Swiss Cluster » combine ce procédé bien établi avec un procédé sous vide beaucoup plus récent appelé dépôt par couches atomiques (en anglais « atomic layer deposition », ALD). Contrairement au PVD, le procédé ALD consiste à ajouter alternativement des matières premières gazeuses dans la chambre à vide. Le matériau de revêtement se forme alors sur le substrat par une réaction chimique, avec une précision atomique sur l’épaisseur de la couche.
« L'ALD permet d'obtenir des couches très fines et homogènes qui offrent une excellente protection contre la corrosion et l'oxydation. Le PVD, quant à lui, produit des couches très dures », explique Carlos Guerra, PDG de « Swiss Cluster ». « En combinant ces deux procédés, nous pouvons fabriquer des couches minces extrêmement résistantes : à la fois dures et ductiles, stables thermiquement et résistantes à la corrosion. »
La combinaison des deux procédés de dépôt de couches minces est complexe. Retirer le substrat d’un appareil pour l’insérer dans le suivant ne donne pas le résultat escompté : au contact de l’air, la surface s’oxyde et se contamine, ce qui nuit à l’adhérence des couches suivantes. « Pour les expériences en laboratoire à l’Empa, un premier système comprenait une chambre à vide pour l’ALD et une autre pour le PVD. Un doctorant devait déplacer manuellement le substrat entre les chambres pour chaque couche, sans interrompre le vide », se souvient Carlos Guerra.
C’est pour améliorer ce processus, en partie par esprit d’entreprise et en partie pour répondre à un besoin propre, qu’est née la première machine de « Swiss Cluster ». Elle combine les dispositifs pour l’ALD et le PVD dans une seule chambre à vide. Les structures nano-couches, pour lesquelles le chercheur avait besoin d’une semaine en laboratoire, y sont réalisées en quelques heures. « Lorsque nous avons construit le prototype en laboratoire, nous avons réalisé qu’il pourrait en découler un produit », explique Carlos Guerra. « Swiss Cluster » était né.
Rendre l’innovation plus accessible
« Swiss Cluster » n’est pas la première entreprise à combiner PVD et ALD. Ce « duo de choc » s’est déjà imposé dans l’industrie des semi-conducteurs. « Les fabricants de semi-conducteurs utilisent ce procédé combiné d’une manière très spécifique, difficilement transposable à d’autres secteurs industriels », explique Carlos Guerra. « Nous voulons plutôt nous concentrer sur le reste du marché. »
En effet, les couches minces, robustes et fonctionnelles sont recherchées partout, de l’horlogerie à la fabrication de composants optiques, de batteries, d’implants et de microélectronique. Et pour les clients qui s’intéressent uniquement au procédé ALD en plein essor, « 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 le revêtement simultané de plusieurs composants ou de pièces de grande taille et complexes.
« L’ALD est un procédé relativement nouveau qui n’est utilisé dans l’industrie que depuis une vingtaine d’années », explique Carlos Guerra. « Nous sommes convaincus qu’il va continuer à gagner en importance et conquérir de nouveaux secteurs. » Bien que les procédés sous vide soient souvent coûteux, ils fournissent des résultats de haute précision, ce qui leur confère un avantage pour de nombreuses applications.
Contrairement aux équipements habituels de l’industrie des semi-conducteurs, les machines de « Swiss Cluster » sont compactes et relativement faciles à installer et à utiliser. « Nous rendons ces procédés de haute technologie plus accessibles », explique le fondateur. Dans son propre laboratoire à Spiez, la start-up propose également des services de revêtement. « Nous travaillons en collaboration avec nos clients pour trouver les revêtements adaptés à leurs applications. Cela nous aide à améliorer encore nos appareils – et le client peut se faire une idée du procédé sans avoir à acheter immédiatement une nouvelle machine », dit Carlos Guerra.
Ce qui a commencé dans un laboratoire de l'Empa à Thoune, avec deux inventeurs et un prototype, est aujourd'hui devenu une jeune entreprise florissante. Quinze collaborateurs travaillent pour « Swiss Cluster » à Spiez, soutenus par un réseau de partenaires à travers le monde. Les machines « Swiss Cluster » sont utilisées dans des instituts 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 imminentes.
C’est là que « Swiss Cluster » se distingue de nombreuses autres start-ups high-tech : la jeune entreprise a démarré dès le premier jour avec un client à son actif et s’est développée jusqu’à présent principalement de manière organique, grâce à la vente d’appareils et de services. « Nous n’avons réalisé notre premier investissement qu’en 2025 », dit Carlos Guerra. Un succès, mais aussi un défi : « Nous devions tout faire correctement dès le début », sourit le cofondateur. « C’est aussi pour cette raison que nous sommes très heureux du soutien initial que nous avons reçu de l’Empa en tant que spin-off. »
« Swiss Cluster » vient de se voir décerner par le Swiss Economic Forum le très convoité « Swiss Economic Award » dans la catégorie « Production/Industrie ». Le jury a salué l'alliance d'excellence scientifique, de compréhension du secteur industriel et de mise en œuvre entrepreneuriale dont fait preuve cette spin-off.
Encadré : Swiss Cluster AG
« Swiss Cluster » a été fondée en novembre 2020 à Thoune en tant que spin-off de l’Empa. L’entreprise développe des systèmes de revêtement de composants à l’aide de différents procédés de couches minces et propose à la fois les équipements eux-mêmes et des services de revêtement. « Swiss Cluster» est dirigée par les cofondateurs Carlos Guerra (CEO) et Kevin Lücke (CTO), ainsi que par les « cofondateurs tardifs » Gabriela Sanchez (COO) et Bryan Dousse (CPO). L’entreprise est implantée à Spiez et compte aujourd’hui 15 collaborateurs en Suisse.
swisscluster.com