ИСТОРИЯ ЗА УСПЕХ НА КЛИЕНТА
Осигуряване на пробив в изследванията на термичните транзистори
Осигуряване на пробиви в изследванията на термични транзистори: Научете как университетът в Хокайдо използва NETZSCH PicoTR , за да разшири границите на измерванията на тънки слоеве
В университета Хокайдо проф. Хиромичи Ота и неговият екип са в челните редици на изследванията на твърдотелните електрохимични термични транзистори. С помощта на анализатора NETZSCH PicoTR те могат прецизно да измерват термофизичните свойства на свръхтънки филми - ключова стъпка към реализирането на технологии за топлинно управление от следващо поколение.
В тази история за успеха на клиента интервюираме нашия дългогодишен клиент, проф. Хиромичи Ота, директор на Изследователския институт по електроника в Университета Хокайдо, Япония. Той използва инструментаNETZSCH PicoTR за измерване на тънки филми, прилагани в термични транзистори. Неговата изследователска лаборатория в Университета Хокайдо първа разработи твърдотелни електрохимични термични транзистори.
Интервюто е проведено от Наруми Фукуда и Казуко Ишикава (NETZSCH Япония)
За интервюирания, проф. Хиромичи Ота
Хиромичи Ота (фигура 1) е роден през 1971 г. Завършва инженерния факултет на университета в Сайтама през март 1994 г. След като завършва магистърската си степен по приложна химия във Висшето училище по инженерство към Университета в Нагоя през март 1996 г., той работи като изследовател в Лабораторията за развитие на меки енергийни технологии на Sanyo Electric Co., Ltd., както и като изследовател в Центъра за научноизследователска и развойна дейност за напреднали технологии на HOYA Corporation. Бил е и ръководител на групата по проекта ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials.
През 2003 г. става доцент във Висшето училище по инженерство към Университета в Нагоя. През 2012 г. става професор в Изследователския институт по електроника на Университета Хокайдо, позиция, която заема и до днес. От 2025 г. е директор на Изследователския институт за електронни науки. Притежава докторска степен по инженерни науки от Токийския технологичен институт (2001 г.).
Основните му изследователски области включват термични транзистори (термични превключватели), материали за термоелектрично преобразуване и оксидни тънкослойни транзистори. Автор е на повече от 280 рецензирани статии в списания, които са цитирани повече от 24 800 пъти, с H-индекс 61.
За Научноизследователския институт по електроника (RIES)
Изследователският институт за електронни науки (RIES) към университета Хокайдо (фигура 2) първоначално е създаден през 1943 г. като Изследователски институт за ултракъси вълни. По-късно става Институт по приложна електротехника, а през 1993 г. приема сегашното си име. Чрез най-съвременни изследвания и образование RIES продължава да допринася за развитието на електронната наука.
RIES се състои от три основни изследователски отдела: Отдел за фотоника и оптични науки, Отдел за материални и молекулярни науки и Отдел за науки за живота. Освен това в него се помещават Изследователският център за зелени нанотехнологии и Изследователският център по математика за социално творчество.
Защо NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Професор Ота, защо избрахте инструмента NETZSCH за своите изследвания? Моля, разкажете ни малко повече за целите на вашия анализ и за основните фактори, които са повлияли на решението ви.
Проф. д-р Охта:
"От дълго време се занимавам с изследване на тънки филми. Когато става въпрос за технологията за термоелектрическо преобразуване, измерването на топлопроводимостта е от съществено значение. Преди разработването на PicoTR, си мислех, че "Измерването на тънки филми е трудно", "Само специализирани хора могат да ги измерват" и "Нямаше налични устройства за измерване на тънки филми"
Хората често ме съветваха: "Защо да не се измерва по метода на 3-омега?" Но съществуваше силното схващане, че това би било невъзможно без технология за моделиране на фини метални линии.
Въпреки това, когато PicoTR беше пуснат на пазара, бързо чух за него и се появиха слухове, които гласяха: "Изглежда, че това устройство може да измерва тънки слоеве." По това време се случи така, че получих безвъзмездна помощ за научни изследвания, за която бях кандидатствал, така че реших да опитам да използвам PicoTR (фигура 3) и го въведох в нашия институт. С успех!
Днес изследвам тънки филми с цел разработване на твърдотелни електрохимични термични транзистори. Смятам, че PicoTR е напълно подходящ за тяхното измерване"
Уникални функции, които правят разликата
NETZSCH: Има ли функции на системата PicoTR, която използвате, които са особено полезни за вашето конкретно приложение?
Професор ОХТА:
"Една от уникалните характеристики на PicoTR е нейното време на забавяне от 50 наносекунди. Когато представих тези данни на международна конференция, често ме питаха: "Не беше ли това грешка? Не трябва ли да е 5 наносекунди?" Изглежда, че изследователите в други институти разполагат само с устройства с време на закъснение от около 5 наносекунди.
При измерване в режим FF и отчитане на времето на закъснение по хоризонталната ос може да се наблюдава затихване на терморефлекторния сигнал (фигура 4). Въпреки това има данни, които могат да се наблюдават за първи път при измерване до 50 наносекунди. Ето защо смятах, че е малко неудобно да се правят измервания с устройство, което може да вижда само до 5 наносекунди."
На фигурата по-долу синята линия показва данните, измерени от PicoTR, а червената линия показва данните, пригодени за анализ (фигура 5). Ако действителното измерване и напасването съвпадат до 50 наносекунди, очевидно е, че стойността на резултата от анализа е правилна. Ако можеше да се измерва само до 5 наносекунди, тогава в резултатите щеше да има известна несигурност. Ето защо смятам, че възможността за измерване до 50 наносекунди е едно от големите предимства на PicoTR.
Проф. Охта:
"Когато изнасям лекции в чужбина, в аудиторията винаги има студенти, които използват подобни системи и работят като учители и професори на различни места, включително в Хонконг, Китай и Корея. Когато видят моите данни, те винаги са изненадани и казват: "50 наносекунди! Няма ли една допълнителна нула?". Смятам, че е чудесно, че на PicoTR може да се наблюдава терморефлексен сигнал до 50 наносекунди.
Друго предимство е, че можете да работите със системата NETZSCH дори без задълбочени познания. Аз нямам много познания за термоанализа, така че дори някой да ми каже да построя уред за термоанализ на тънки филми и да ми даде частите, никога няма да мога да го направя. (Той се смее)
Изследователите и инженерите, които специализират в областта на термичния анализ, често сами събират части, конструират инструменти и извършват измервания. Така че тези TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) устройства обикновено са много по-обемисти и измерват само до 5 наносекунди. Въпреки това, PicoTR, със своя компактен дизайн, ви позволява да получавате данни само с едно кликване."
Коментар от NETZSCH: Както споменахте, тези, които работят с TDTR оптично забавяне, често се борят за подравняване на лазерните лъчи в пространството, което може да бъде голямо предизвикателство. Смятаме, че една от причините, поради които PicoTR с електрическо закъснение може да бъде комерсиализиран, е, че подравняването му е много по-лесно.
От лабораторни данни до въздействие в реалния свят
NETZSCH: Как резултатите от анализа повлияха на вашето изследване? Успяхте ли да извлечете нови прозрения или се появи напълно нова разработка?
Проф:
"Не мисля, че щяхме да можем да пуснем на пазара твърдотелни електрохимични термични транзистори без THE PicoTR.
При изследванията на термични транзистори е необходимо многократно да се включва и изключва термичният транзистор и да се измерва как се променя неговата топлопроводимост. Когато за първи път подадох статията си, извърших 10 повторни пускания и успях да получа 10 измервания, така че подадох статията с тези данни.
По време на процеса на рецензиране на една по-нова статия обаче бях помолен: "Моля, измерете 10 на степен 6 (1 милион) пъти" Очевидно това е неразумно, така че се наложи да намаля броя на измерванията до 100 пъти. Дори 100 пъти беше доста голямо предизвикателство. В крайна сметка реших да правя измерване с PicoTR веднъж на всеки 10 опита. Въз основа на този опит осъзнах, че би било чудесно, ако PicoTR можеше да прогнозира промените в топлопроводимостта, като същевременно запази отличните си характеристики."
Визия за бъдещето: "Термодисплей"
NETZSCH: Да погледнем в бъдещето: Има ли други предизвикателства, с които бихте искали да се справите?
Prof. Ohta:
"Въпреки че планирам да продължа настоящите си изследвания, лично аз искам да разработя "термичен дисплей" Когато говоря с хората за това, те често казват: "Не разбирам съвсем" Но това е моето виждане за "термичен дисплей.":
Искам да разработя превключвател, който може да променя топлинната пропускливост. Представете си, че всеки пиксел от текста (фигура 7) е термичен ключ. Оранжевата част представлява превключвател, който позволява на топлината да преминава лесно, докато черната част представлява област, през която топлината не преминава. Вътре в този контейнер се намира разтопено горещо желязо. Това разтопено желязо е източникът на топлина, а дисплеят използва инфрачервена техника.
Искам да разработя технология, която може да използва излъчваната топлина за показване на екран. Предполага се, че температурата в тази (илюстрирана) стая е 100°C. Мисля, че обикновено не бихте могли да поставите телевизор или дисплей в такава среда. LCD и OLED дисплеите не биха работили, а аз си представям сценарий, при който хората не могат да работят в тази среда.
В тази среда могат да работят само роботи. Тези роботи биха улавяли инфрачервени сигнали и биха се движили според инструкциите, показани на екрана. Не съм сигурен дали това някога ще бъде реализирано, но се надявам да разработим този вид "термичен дисплей" Когато обаче говоря със специалисти за това, те не разбират, затова помолих един графичен дизайнер да създаде това изображение. (Смее се.) Опитах се да използвам и изкуствен интелект (като ChatGPT), за да създам изображение, но то не отговаряше напълно на моята визия."
Съвети за бъдещи потребители на PicoTR
NETZSCH: Ако можехте да дадете съвет или предупреждение на някой, който обмисля да въведе PicoTR, какъв би бил той?
Проф. д-р Охта:
"По отношение на подбора на проби за PicoTR, тънките проби, които използваме, са перфектни. Въпреки това не мисля, че PicoTR би работил добре с по-дебели образци или такива с изявена грапавост на повърхността. Понякога получаваме искания за измерване на образци с помощта на PicoTR, а когато погледна изпратените от тях образци, те често имат значителна грапавост на повърхността. Така че, ако решите да въведете PicoTR, препоръчвам да използвате тънки проби с гладки повърхности."
NETZSCH: Много ви благодаря за тези интересни прозрения, професор Охта! Горди сме, че можем да подкрепим вашите изследвания с нашия анализатор PicoTR. Освен това за измерване на по-дебели проби можем да препоръчаме нашия Лазерно-флаш анализатор. 😉
