Das Empa-Spin-off «Swiss Cluster» hat den «Swiss Economic Award» 2026 in der Kategorie «Produktion/Gewerbe» gewonnen. Die junge Firma entwickelt Geräte für vakuumbasierte Beschichtungsverfahren und beliefert Forschungsinstitutionen weltweit – aber auch die Uhrenindustrie, die Optikbranche und Elektronikhersteller gehören zu den Kunden.

Text: Anna Ettlin, Empa

In Spiez am Ufer des Thunersees ist «Swiss Cluster» zuhause, ein Spin-off der Empa, das sich auf neuartige Systeme zur Herstellung von Dünnschichten spezialisiert hat. Gegründet wurde «Swiss Cluster» Ende 2020 an der Empa in Thun von dem Materialforscher Carlos Guerra und dem Elektronikingenieur Kevin Lücke im Labor «Mechanics of Materials and Nanostructures» unter der Leitung von Johann Michler. Die beiden Mitgründer forschten an der Empa daran, Dünnschichten robuster und widerstandsfähiger zu machen.

Das Anliegen ist für viele Industriezweige zentral: Dünnschichten haben zahlreiche Anwendungen. Sie schützen empfindliche Bauteile vor Verschleiss und Korrosion. In der Optik entspiegeln sie Linsen und ermöglichen Spezialfilter. Dekorative Dünnschichten verleihen Uhrenkomponenten ein besonderes Farbenspiel. Beschichtete medizinische Implantate werden besser vom Körper angenommen. Und in der Mikroelektronik sind Dünnschichttechnologien gar das A und O: Transistoren, Computerchips und Displays bestehen aus präzisen Abfolgen von mikro- und nanometerdünnen Materiallagen.

Zwei Verfahren im Tandem

Ein verbreitetes Verfahren zur Herstellung von Dünnschichten ist die physikalische Gasphasenabscheidung (engl. «physical vapor deposition», PVD). Dabei wird das Ausgangsmaterial, meist ein Metall oder ein Metalloxid, in einer Vakuumkammer verdampft und kondensiert sich auf dem zu beschichtenden Bauteil, dem Substrat.

Dieses etablierte Verfahren kombiniert «Swiss Cluster» mit dem wesentlich neueren vakuumbasierten Prozess namens Atomlagenabscheidung (engl. «atomic layer deposition», ALD). Anders als bei PVD werden beim ALD-Verfahren abwechselnd gasförmige Ausgangsstoffe in die Vakuumkammer hinzugefügt. Daraus bildet sich das Beschichtungsmaterial in einer chemischen Reaktion auf dem Substrat – mit atomarer Präzision bei der Dicke der Schicht.

«ALD ermöglicht sehr dünne, homogene Schichten, die ausgezeichneten Schutz gegen Korrosion und Oxidation bieten. PVD liefert hingegen sehr harte Schichten», erklärt der CEO von «Swiss Cluster», Carlos Guerra. «Durch die Kombination der beiden Verfahren können wir Dünnschichten herstellen, die ausserordentlich widerstandsfähig sind: hart und duktil zugleich, thermisch robust und resistent gegen Korrosion.»

Vom Prototyp zum Produkt

Die Kombination der beiden Dünnschichtverfahren ist komplex. Das Substrat aus einem Gerät rausnehmen und ins nächste stecken liefert nicht das gewünschte Resultat: An der Luft wird die Oberfläche oxidiert und verunreinigt, was die Anhaftung der nächsten Schichten verschlechtert. «Für Laborexperimente an der Empa bestand ein frühes System aus je einer Vakuumkammer für ALD und PVD. Ein Doktorand musste das Substrat für jede einzelne Schicht manuell zwischen den Kammern verschieben, ohne das Vakuum zu unterbrechen», erinnert sich Guerra.

Um diesen Prozess zu verbessern entstand, teils aus Unternehmergeist, teils aus eigenem Bedarf, die erste Maschine von «Swiss Cluster». Sie kombiniert die Vorrichtungen für ALD und PVD in einer einzigen Vakuumkammer. Nanogeschichtete Strukturen, für die der Forscher im Labor eine Woche gebraucht hat, entstehen darin innerhalb von wenigen Stunden. «Als wir den Prototypen im Labor bauten, erkannten wir, dass daraus ein Produkt werden könnte», sagt Guerra. «Swiss Cluster» war geboren.

Komponenten, Batterien, Mikroelektronik

«Swiss Cluster» ist nicht das erste Unternehmen, das PVD und ALD kombiniert. Das «Power-Duo» hat bereits in der Halbleiterindustrie Fuss gefasst. «Die Halbleiterhersteller verwenden das kombinierte Verfahren auf eine sehr spezifische Art, die sich schlecht auf andere Industriezweige übertragen lässt», sagt Guerra. «Wir wollen uns stattdessen auf den restlichen Markt fokussieren.»

Denn dünne, robuste und funktionale Schichten sind überall gefragt, von der Uhrenindustrie bis hin zur Herstellung von optischen Komponenten, Batterien, Implantaten und Mikroelektronik. Und für diejenigen Kunden, die Interesse am aufstrebenden ALD-Verfahren allein haben, bietet «Swiss Cluster» ein weiteres Gerät an. Es ermöglicht sogenanntes «Batch ALD»: eine Variante von Atomlagenabscheidung, die schneller ist und die gleichzeitige Beschichtung von mehreren Komponenten oder von grossen und komplexen Bauteilen ermöglicht.

Beschichtungen als Dienstleistung

«ALD ist ein relativ neues Verfahren und wird erst seit rund 20 Jahren in der Industrie eingesetzt», sagt Guerra. «Wir sind überzeugt, dass es weiter an Bedeutung gewinnen und zusätzliche Sektoren erobern wird.» Obwohl vakuumbasierte Verfahren oft kostspielig sind, liefern sie hochpräzise Ergebnisse, was ihnen für viele Anwendungen einen Vorteil verschafft.

Anders als die in der Halbleiterindustrie üblichen Gerätschaften sind die Maschinen von «Swiss Cluster» kompakt und verhältnismässig einfach zu installieren und zu betreiben. «Wir machen diese High-Tech-Verfahren zugänglicher», führt der Gründer aus. Im eigenen Labor in Spiez bietet das Start-up ausserdem Beschichtungen auch als Dienstleistung an. «Wir arbeiten gemeinsam mit unseren Kunden, um geeignete Beschichtungen für ihre Anwendungen zu finden. Das hilft uns, unsere Geräte weiter zu verbessern – und der Kunde kann sich vom Verfahren überzeugen, ohne sich gleich eine neue Maschine anschaffen zu müssen», so Guerra.

Was in einem Labor an der Empa in Thun mit zwei Tüftlern und einem Prototyp begann, ist heute eine erfolgreiche Jungfirma geworden. 15 Mitarbeitende arbeiten für «Swiss Cluster» in Spiez, unterstützt von einem Partnernetzwerk auf der ganzen Welt. «Swiss Cluster»-Maschinen stehen in Forschungsinstitutionen und bei Firmen in der Schweiz, den USA und in Grossbritannien. Lieferungen nach Frankreich, Brasilien, Italien und China stehen kurz bevor.

Hier setzt sich «Swiss Cluster» von vielen anderen Hightech-Start-ups ab: Die junge Firma startete seit Tag eins mit einem Kunden an Bord und wuchs bis jetzt mehrheitlich organisch, über den Verkauf von Geräten und Dienstleistungen. «Unsere erste Investition hatten wir erst 2025», sagt Guerra. Ein Erfolg, aber auch eine Herausforderung: «Wir mussten es von Anfang an richtig machen», so der Mitgründer. «Auch deswegen sind wir sehr froh um die anfängliche Unterstützung, die wir als Spin-off von der Empa erhalten haben.»

Begründung der Jury

Nun wurde «Swiss Cluster» vom Swiss Economic Forum mit dem «Swiss Economic Award» in der Kategorie «Produktion/Gewerbe» ausgezeichnet. Die Jury lobte die Kombination aus wissenschaftlicher Exzellenz, Industrieverständnis und unternehmerischer Umsetzung, die das Spin-off an den Tag legt.