Stanisław Wacławek: Čipy potřebují víc než jen křemík. Liberec má co nabídnout evropskému polovodičovému průmyslu

Jakou roli může Liberec sehrát v evropském polovodičovém průmyslu? A proč se právě zde setkají odborníci z výzkumu a průmyslu na mezinárodní konferenci ECOpole? Odpovídá Stanisław Wacławek, vedoucí Oddělení environmentální chemie CXI TUL a organizátor konference. Konference se uskuteční 9.–11. prosince 2026 v Liberci, registrace je otevřená do 15. listopadu.

Váš výzkum se dlouhodobě zaměřuje na environmentální chemii, katalýzu a technologie čištění vody. Jak se do této výzkumné cesty dostaly polovodiče a co vás na nich dnes nejvíc zajímá?

Upřímně, k polovodičům jsem se nedostal přes čipy. Dostal jsem se k nim přes vodu. Moje skupina se léta věnuje oxidačním a redukčním procesům, tedy využívání velmi reaktivních částic, jako jsou síranové radikály nebo hydratované elektrony, k rozkladu látek, které se rozkládat nechtějí, například PFAS. A právě polovodiče jsou jedním z nejlepších způsobů, jak tyto vysoce reaktivní částice vytvářet. Například nanočástice oxidu titaničitého dokážou využít energii světla ke spuštění chemických reakcí, při kterých se rozkládají i velmi odolné látky. Polovodiče jsme tak v naší laboratoři využívali dávno předtím, než jsme o naší práci začali mluvit jako o polovodičovém výzkumu.

Dnes mě nejvíc fascinuje, že všude narážíme na stejnou otázku: kam elektron putuje a jak rychle? Ve fotokatalyzátoru, ve vodě, v čipu. Snažíme se ho sledovat přímo pomocí laserů a počítat kvantovou chemií. A pak mě zajímá i druhá strana celého odvětví. Výroba čipů potřebuje obrovské množství ultračisté vody a některé velmi perzistentní chemikálie. A to je přesně můj obor.

Lidé vidí telefon. Nevidí chemiky a analytiky, kteří za ním stojí

Když lidé slyší slovo polovodič, většinou si představí čipy v telefonech nebo počítačích. Jaké vědecké otázky je potřeba vyřešit, než takové technologie vůbec mohou vzniknout?

Čip je posledním krokem velmi dlouhého řetězce a téměř každý jeho článek souvisí s chemií a materiálovou vědou. Potřebujete křemík a další materiály téměř absurdní čistoty, protože i pár zatoulaných atomů dokáže tranzistor zničit. Musíte rozumět povrchům na úrovni jednotlivých atomů, vyvíjet přesné postupy jejich čištění a používat vodu tak čistou, že se v přírodě prakticky nevyskytuje, a po použití ji musíte zase vyčistit.

Každá z těchto věcí je vědecká otázka dřív, než se z ní stane inženýrská. Jak vzniká defekt? Jak se molekula váže na povrch? Jak vůbec změřit něco, čeho je ve vzorku biliontina? Lidé vidí telefon. Nevidí chemiky a analytiky, kteří za ním stojí.

Na jaké otázky spojené s polovodiči se v Liberci aktuálně zaměřujete a kde vidíte největší potenciál pro další vývoj?

Na CXI TUL působí několik skupin, které se polovodičům věnují přímo. Náš tým s nimi spolupracuje a přispívá především ve třech oblastech.

První je voda a její čištění. Vyvíjíme procesy, které dokážou rozkládat odolné znečišťující látky, například PFAS nebo organická rezidua. Podobné postupy jsou důležité také při výrobě a opětovném využívání ultračisté vody, bez které se výroba čipů neobejde. Zabýváme se například chemií persíranů a máme patent na jednoduchou metodu jejich stanovení.

Druhou oblastí jsou nové materiály. Pomocí laseru vyrábíme nanočástice přímo v kapalině bez přidávání dalších chemických látek. Připravujeme také grafen a oxid grafenu, jejichž elektronické vlastnosti dokážeme ovlivňovat už při jejich elektrochemické přípravě nastavením napětí. Tyto materiály následně testujeme například pro čištění vody, kde mohou pomocí světla rozkládat znečištění nebo na sebe vázat nežádoucí látky.

Třetí oblastí jsou kvantově chemické výpočty a stopová analytika. Zkoumáme přenos elektronů mezi molekulami a v naší akreditované laboratoři měříme i mimořádně nízké koncentrace chemických látek.

Největší potenciál vidím v opakovaném využívání vody při výrobě čipů a ve vývoji technologií, které PFAS skutečně rozloží, místo aby je pouze zachytily a přesunuly jinam.

Čištění vody se věnujete také v projektu HYDROCHEMIST, kde zkoumáte mimořádně reaktivní elektrony schopné rozkládat i velmi odolné chemické látky. Co vám umožňuje podpora z programu ERC CZ a proč je důležité financovat i výzkum, jehož výsledky nelze předem zaručit?

ERC CZ podporuje projekty, které v hodnocení Evropské výzkumné rady uspěly, ale těsně nedosáhly na financování. Náš projekt HYDROCHEMIST se zabývá hydratovanými elektrony, tedy v podstatě volnými elektrony ve vodě. Obvykle existují jen mikrosekundy, ale dokážou rozbít i velmi odolné chemické vazby, například vazbu uhlík–fluor v PFAS.

Taková podpora nám dává něco vzácného: čas a svobodu věnovat se jedné těžké otázce místo deseti malých. Umožnila nám sestavit tým experimentálních chemiků, odborníků na lasery, analytiků a specialistů na kvantovou chemii. A také více riskovat a pustit se i do otázek, kde výsledek není předem jistý.

ERC CZ je podle mě opravdu skvělý nápad a důležitý most zpátky k evropským grantům ERC. Mě osobně motivoval podat žádost znovu.

Liberec nemusí s Drážďany soupeřit

Polovodičový průmysl si lidé často spojují s velkými technologickými centry v Asii nebo ve Spojených státech. Proč má smysl posilovat polovodičový výzkum ve střední Evropě – a konkrétně v Liberci?

Protože čipy nevznikají jen v továrnách. Taková továrna stojí uprostřed velké sítě dodavatelů: materiály, chemikálie, plyny, stroje, úprava vody, analytika, software a hlavně lidé. Evropa se Aktem o čipech (Chips Act) rozhodla, že nechce být úplně závislá na Asii a USA, a tu síť je potřeba někde vybudovat.

Podívejte se na mapu. Drážďany se Silicon Saxony jsou největším mikroelektronickým klastrem v Evropě a TSMC tam staví svou první evropskou továrnu. Z Liberce jsou Drážďany zhruba stejně daleko jako Praha. Na druhé straně máme Dolní Slezsko a polské univerzity, které jsou silné v materiálech a chemii. Liberec nemusí s Drážďany soupeřit. Může být tím místem hned vedle, které dodává know-how, technologie, služby a absolventy. A tento region má dlouhou průmyslovou tradici; lidé tady umějí vyrábět věci přesně. To není špatný výchozí bod.

Liberec propojuje strojírenství, materiálový výzkum, nanotechnologie, chemii a silné přeshraniční vazby na Německo a Polsko. Je tato kombinace jedním z důvodů, proč by zde mohl vzniknout osobitý polovodičový ekosystém?

Myslím, že ano, a přidal bych ještě sklo a krystaly, které mají v tomto regionu dlouhou tradici. Polovodičový ekosystém není jedna velká továrna. Je to přesné strojírenství, čisté materiály, filtrace, chemie, analytika a lidé, kteří spolu dokážou mluvit napříč obory. Liberec má hodně z těch dílků: strojírenství a textilní inženýrství, nanovlákna (bezjehlové elektrostatické zvlákňování vzniklo právě tady na TUL), materiálový výzkum, nanotechnologie a chemii, a to všechno v rámci jedné univerzity a pár kilometrů.

Přeshraniční rozměr pro mě není slogan. Bydlím na polské straně, kousek od místa, kde se potkávají tři země, a přes hranici jezdím do práce každý den. Naše oddělení neustále spolupracuje s německými partnery, třeba v Žitavě/Zhořelci a v Darmstadtu, i s polskými univerzitami a Polskou akademií věd. Když dokážete do hodiny posadit k jednomu stolu českého, německého a polského partnera, je to skutečná výhoda. Výzvou je ty dílky propojovat cíleně, ne jen doufat, že se to stane samo.

Přijeďte na tři dny a potkáte víc správných lidí než za měsíc e-mailování

Letošní konference ECOpole klade vedle environmentálních technologií a přeshraničních inovací větší důraz na polovodiče. Proč jste se rozhodl posunout konferenci tímto směrem a koho byste v Liberci nejraději svedl dohromady?

ECOpole má za sebou víc než třicet let historie v environmentální chemii a inženýrství a za ty roky na ní vystoupili i nositelé Nobelovy ceny, například Gerhard Ertl, který ji dostal za chemii na pevných površích, nebo výpočetní chemik Arieh Warshel. Loni konference přijela do Liberce a letos jsme jí chtěli dát jasnější místní zaměření. Polovodiče byly přirozenou volbou. A je to vlastně i návrat ke kořenům: ECOpole vznikla v roce 1992 v Opolí jako konference o monitoringu životního prostředí a na prvních ročnících se objevovaly příspěvky o polovodičových senzorech plynů. Region vážně řeší své místo v polovodičovém ekosystému, a když se podíváte, co tento průmysl potřebuje – ultračistou vodu, recyklaci odpadních vod, zbavit se PFAS, čistší chemii, energii –, je to environmentální chemie od začátku do konce. Přesto se lidé, kteří v polovodičových továrnách provozují vodní hospodářství, a lidé, kteří vyvíjejí nové metody čištění, potkávají jen zřídka.

Takže koho bych v Liberci rád viděl? Inženýry z průmyslu, kteří mají konkrétní problémy, výzkumníky, kteří mohou nabídnout řešení, lidi z regionálního rozvoje, kteří je dokážou propojit, i mladé vědce a studenty. Právě možnost setkat se osobně, vyměnit si zkušenosti a najít partnery pro společný výzkum považuji za největší přínos ECOpole. Když se dva lidé potkají u kávy a začnou spolu projekt, konference splnila svůj účel.

Udržitelnost je v polovodičových technologiích stále důležitějším tématem. Kde dnes vidíte hlavní environmentální výzvy a kde může výzkum pomoci, aby výroba polovodičů byla udržitelnější?

Vidím tři hlavní výzvy: vodu, chemikálie a energii. Velká továrna na čipy dokáže spotřebovat tolik vody jako menší město. Navíc musí být ultračistá, což samo o sobě vyžaduje energii a chemikálie. Při výrobě vznikají také odpadní vody obsahující fluoridy, kovy, rozpouštědla nebo velmi odolné látky PFAS. Problém představují i fluorované plyny používané při výrobě, protože jde o silné skleníkové plyny.

Výzkum může pomoci především s opětovným využíváním vody a vývojem technologií, které problematické látky skutečně rozloží, místo aby je pouze zachytily. Právě na tom pracujeme i my – s hydratovanými elektrony a persírany. Stejně důležité je přesné měření znečištění a hledání bezpečnějších alternativ používaných chemikálií. Protože co neumíte změřit, nemůžete ani řídit.

Kdybyste chtěl přesvědčit výzkumníka nebo zástupce firmy, který Liberec nikdy nezvažoval jako místo pro polovodičový výzkum – proč by měl přijet na ECOpole a co by si měl o Liberci zapamatovat, až bude odjíždět?

Řekl bych mu: přijeďte na tři dny a potkáte víc správných lidí než za měsíc e-mailování. ECOpole je dost velká na to, aby byla zajímavá, ale dost malá na to, abyste mohli opravdu mluvit s každým, včetně přednášejících. Na jednom místě potkáte výzkumníky a firmy z Česka, Německa a Polska, a Drážďany, Praha i Vratislav jsou odsud snadno dostupné.

Chtěl bych, aby si lidé Liberec zapamatovali nejen jako krásné město pod Ještědem, ale také jako místo, kde se dělá špičkový výzkum v oblasti chemie, materiálových věd a nanotechnologií. Máme tu moderní laboratoře, přístroje i lidi, kteří chtějí své znalosti využívat v praxi a hledat řešení skutečných problémů průmyslu.

A doufám, že si Liberec zapamatují i jako místo, kde se z rozhovoru mezi účastníky konference rodí nové spolupráce. Příležitost k tomu bude už 9.–11. prosince na ECOpole. Registrace je otevřená do 15. listopadu. Pokud nám v prosinci zasněží Ještěd, bude to příjemný bonus.

Zdroj: CXI Technické univerzity v Liberci

Stanisław Wacławek působí jako vedoucí Oddělení environmentální chemie CXI TUL. Během své vědecké kariéry navštívil mimo jiné University of Guelph (Kanada) a University of Cincinnati (USA), kde prováděl výzkum procesů založených na síranových radikálech. Podle databáze Scopus patří mezi 2 % nejcitovanějších vědců na světě a je držitelem ceny Publons 2019: 1 % nejlepších recenzentů v oboru Environment and Cross-Field. Je členem redakčního týmu např. časopisů Chemical Engineering Journal a Desalination and Water Treatment (Associate Editor).