Příběh úspěchu zákazníka
Umožnění průlomových objevů ve výzkumu tepelných tranzistorů
Umožnění průlomu ve výzkumu tepelných tranzistorů: Zjistěte, jak univerzita v Hokkaidu využívá NETZSCH PicoTR k posunutí hranic měření tenkých vrstev
Prof. Hiromichi Ohta a jeho tým stojí na Hokkaido University v čele výzkumu elektrochemických termálních tranzistorů v pevné fázi. Pomocí analyzátoru NETZSCH PicoTR mohou přesně měřit termofyzikální vlastnosti ultratenkých vrstev - což je klíčový krok k realizaci technologií tepelného řízení nové generace.
V tomto příběhu o úspěchu zákazníka přinášíme rozhovor s naším dlouhodobým zákazníkem, prof. Hiromichi Ohta, ředitelem Výzkumného ústavu pro elektronické vědy na univerzitě Hokkaido v Japonsku. PřístrojNETZSCH PicoTR používá k měření tenkých vrstev aplikovaných v tepelných tranzistorech. Jeho výzkumná laboratoř na univerzitě Hokkaido jako první vyvinula elektrochemické termální tranzistory v pevné fázi.
Rozhovor vedly Narumi Fukuda a Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japan)
O respondentovi, profesoru Hiromichi Ohtovi
Hiromichi Ohta (obr. 1) se narodil v roce 1971. V březnu 1994 absolvoval inženýrskou fakultu Saitamské univerzity. Po absolvování magisterského studia aplikované chemie na Fakultě inženýrství Nagojské univerzity v březnu 1996 pracoval jako výzkumný pracovník v laboratoři pro vývoj technologií měkké energie společnosti Sanyo Electric Co., Ltd., a také jako výzkumný pracovník ve výzkumném a vývojovém centru pro pokročilé technologie společnosti HOYA Corporation. Působil také jako vedoucí skupiny projektu ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials.
V roce 2003 se stal docentem na Graduate School of Engineering na Nagojské univerzitě. V roce 2012 se stal profesorem na Výzkumném ústavu pro elektronickou vědu Univerzity Hokkaido, kde působí dodnes. Od roku 2025 působí jako ředitel Výzkumného ústavu pro elektronické vědy. Je držitelem doktorátu v oboru inženýrství z Tokijského technologického institutu (2001).
Mezi jeho hlavní oblasti výzkumu patří tepelné tranzistory (tepelné spínače), termoelektrické konverzní materiály a oxidové tenkovrstvé tranzistory. Je autorem více než 280 odborných článků v recenzovaných časopisech, které byly citovány více než 24 800krát, s H-indexem 61.
O Výzkumném ústavu pro elektroniku (RIES)
Výzkumný ústav pro elektroniku (RIES) na univerzitě Hokkaido (obrázek 2) byl původně založen v roce 1943 jako Výzkumný ústav pro ultrakrátké vlny. Později se z něj stal Ústav aplikované elektřiny a v roce 1993 přijal svůj současný název. Prostřednictvím špičkového výzkumu a vzdělávání RIES nadále přispívá k rozvoji elektronických věd.
RIES se skládá ze tří hlavních výzkumných oddělení: Oddělení fotoniky a optických věd, Oddělení materiálových a molekulárních věd a Oddělení věd o živé přírodě. Kromě toho zde sídlí Výzkumné centrum pro zelené nanotechnologie a Výzkumné centrum matematiky pro sociální kreativitu.
Proč NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Prof. Ohto, proč jste si pro svůj výzkum vybral nástroj NETZSCH? Řekněte nám prosím něco více o cílech vaší analýzy a o klíčových faktorech, které ovlivnily vaše rozhodnutí.
Prof. Ohta:
"Výzkumu tenkých vrstev se věnuji již dlouhou dobu. Pokud jde o technologii termoelektrické konverze, je měření tepelné vodivosti zásadní. Před vývojem PicoTR, jsem si myslel, že "měření tenkých vrstev je obtížné", "měřit je mohou pouze specializovaní lidé" a "nejsou k dispozici žádné přístroje pro měření tenkých vrstev"
Lidé mi často radili: "Proč neměřit metodou 3omega?" Existoval však silný názor, že bez technologie jemného vzorkování kovů to nebude možné.
Když se však objevil přístroj PicoTR, rychle jsem se o něm doslechl a objevily se zvěsti: "Zdá se, že tento přístroj dokáže měřit tenké vrstvy." A tak jsem se rozhodl, že se to stane V té době jsem náhodou získal výzkumný grant, o který jsem žádal, a tak jsem se rozhodl vyzkoušet použití PicoTR (obr. 3) a zavedl jsem ho v našem ústavu. S úspěchem!
Dnes se zabývám výzkumem tenkých vrstev za účelem vývoje polovodičových elektrochemických tepelných tranzistorů. Domnívám se, že PicoTR je pro jejich měření dokonale vhodný."
Jedinečné funkce, které mají význam
NETZSCH: Existují nějaké funkce systému PicoTR, které používáte a které jsou pro vaši konkrétní aplikaci obzvláště užitečné?
Prof. OHTA:
"Jednou z jedinečných vlastností systému PicoTR je jeho zpoždění 50 nanosekund. Když jsem tento údaj prezentoval na mezinárodní konferenci, často se mě ptali: "Nebyla to chyba? Nemělo by to být 5 nanosekund?" Zdá se, že výzkumníci v jiných ústavech mají k dispozici pouze zařízení s dobou zpoždění kolem 5 nanosekund.
Při měření v režimu FF a snímání doby zpoždění na vodorovné ose lze pozorovat rozpad termoreflexního signálu (obrázek 4). Poprvé však bylo možné pozorovat údaje při měření do 50 nanosekund. Proto jsem měl pocit, že je trochu nevhodné provádět měření pomocí přístroje, který vidí pouze do 5 nanosekund."
Na obrázku níže jsou modrou čarou znázorněna data naměřená pomocí PicoTR, červenou čarou jsou znázorněna data přizpůsobená pro analýzu (obrázek 5). Pokud se skutečné měření a fitování shodují až do 50 nanosekund, je zřejmé, že hodnota výsledku analýzy je správná. Pokud by bylo možné měřit pouze do 5 nanosekund, pak by ve výsledcích byla určitá nejistota. Proto si myslím, že schopnost měřit až do 50 nanosekund je jednou z velkých předností přístroje PicoTR.
Prof. Ohta:
"Kdykoli přednáším v zahraničí, vždy jsou mezi posluchači studenti, kteří používají podobné systémy a působí jako učitelé a profesoři na různých místech, včetně Hongkongu, Číny a Koreje. Když vidí moje údaje, jsou vždy překvapeni a říkají: "50 nanosekund! Není tam náhodou nějaká nula navíc?". Myslím, že je skvělé, že na PicoTR lze pozorovat termoreflexní signál až do 50 nanosekund.
Další výhodou je, že systém NETZSCH můžete ovládat i bez hlubších znalostí. Já nemám o termické analýze mnoho znalostí, takže i kdyby mi někdo řekl, že mám sestrojit přístroj pro termickou analýzu tenkých vrstev, a dal mi součástky, nikdy bych to nedokázal. (směje se)
Výzkumníci a inženýři, kteří se specializují na termickou analýzu, často shromažďují součástky, sestavují přístroje a provádějí měření sami. Takže ty TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) přístroje jsou obvykle mnohem objemnější a měří jen do 5 nanosekund. Avšak PicoTR, díky své kompaktní konstrukci, umožňuje získat data pouhým kliknutím."
Komentář: NETZSCH: Jak jste zmínil, ti, kteří pracují s optickým zpožděním TDTR, často bojují s vyrovnáváním laserových paprsků v prostoru, což může být velmi náročné. Domníváme se, že jedním z důvodů, proč může být PicoTR s elektrickým zpožděním komercionalizován, je to, že jeho zarovnání je mnohem jednodušší.
Od laboratorních dat k reálnému dopadu
NETZSCH: Jak výsledky analýzy ovlivnily váš výzkum? Podařilo se vám získat nové poznatky, nebo se objevil zcela nový vývoj?
Prof. Ohta: Jaký je váš nový poznatek?
"Nemyslím si, že bychom mohli uvést na trh polovodičové elektrochemické termální tranzistory bez THE PicoTR.
Při výzkumu tepelných tranzistorů je nutné tepelný tranzistor opakovaně zapínat a vypínat a měřit, jak se mění jeho Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost. Když jsem poprvé odevzdával svou práci, provedl jsem 10 opakovaných spuštění a podařilo se mi získat 10 měření, takže jsem práci odevzdal s těmito údaji.
Během recenzního řízení novějšího článku jsem však byl požádán: "Prosím, změřte 10krát na mocninu 6 (1 milionkrát)." V tomto případě jsem byl požádán, abych změřil 10krát na mocninu 6 (1 milionkrát) To je samozřejmě nesmyslné, takže jsem to musel snížit na 100krát. I stonásobek byl poměrně náročný. Nakonec jsem se rozhodl provést měření pomocí PicoTR jednou za 10 pokusů. Na základě této zkušenosti jsem si uvědomil, že by bylo skvělé, kdyby PicoTR dokázal předpovídat změny tepelné vodivosti při zachování svého vynikajícího výkonu."
Vize pro budoucnost: "Tepelný displej"
NETZSCH: Podívejme se do budoucnosti: Existují další výzvy, kterými byste se chtěli zabývat?
Prof. Ohta:
"Zatímco mám v plánu pokračovat v současném výzkumu, osobně bych chtěl vyvinout "tepelný displej" Když o tom mluvím s lidmi, často říkají: "Tomu úplně nerozumím." To je pro mě velmi důležité Ale toto je moje vize "tepelného displeje".":
Chci vyvinout spínač, který dokáže měnit tepelnou propustnost. Představte si každý pixel textu (obrázek 7) jako tepelný spínač. Oranžová část představuje spínač, který snadno propouští teplo, zatímco černá část představuje oblast, kterou teplo neprochází. Uvnitř této nádoby je roztavené horké železo. Toto roztavené železo je zdrojem tepla a displej využívá infračervenou techniku.
Chci vyvinout technologii, která dokáže využít vyzařované teplo k zobrazení na obrazovce. Předpokládám, že teplota v této (znázorněné) místnosti je 100 °C. Domnívám se, že typicky by nebylo možné do takového prostředí umístit televizor nebo displej. Displeje LCD a OLED by nefungovaly a já si představuji scénář, kdy by v takovém prostředí nemohli pracovat lidé.
V takovém prostředí mohou pracovat pouze roboti. Tito roboti by zachycovali infračervené signály a pohybovali se podle pokynů zobrazených na obrazovce. Nejsem si jistý, zda se to někdy podaří realizovat, ale doufám, že se mi podaří vyvinout tento druh "tepelného displeje" Když o tom však mluvím s odborníky, nechápou to, a tak jsem požádal grafika, aby vytvořil tento obrázek. (smích) Zkoušel jsem také použít umělou inteligenci (jako ChatGPT) k vytvoření obrázku, ale ta neodpovídala zcela mé představě."
Rady pro budoucí uživatele PicoTR
NETZSCH: Kdybyste mohl dát radu nebo upozornění někomu, kdo uvažuje o zavedení PicoTR, jaká by to byla rada?
Prof. Ohta:
"Pokud jde o výběr vzorků pro PicoTR, jsou tenké vzorky, které používáme, dokonalé. Nemyslím si však, že by PicoTR dobře fungoval u tlustších vzorků nebo u vzorků s výraznou drsností povrchu. Někdy dostáváme žádosti o měření vzorků pomocí PicoTR, a když se podívám na vzorky, které posílají, často mají výraznou drsnost povrchu. Pokud se tedy rozhodnete zavést PicoTR, doporučuji používat tenké vzorky s hladkým povrchem."
NETZSCH: Děkujeme za tyto zajímavé postřehy, pane profesore Ohto! Jsme hrdí na to, že můžeme podpořit váš výzkum pomocí našeho analyzátoru PicoTR. Navíc pro měření silnějších vzorků můžeme doporučit náš produkt Analyzátor s laserovým zábleskem. 😉
