Kunde-succeshistorie
Muliggør gennembrud inden for forskning i termiske transistorer
Muliggør gennembrud inden for forskning i termiske transistorer: Se, hvordan Hokkaido University bruger NETZSCH PicoTR til at flytte grænserne for måling af tynde film
På Hokkaido University er professor Hiromichi Ohta og hans team på forkant med forskningen i elektrokemiske termiske transistorer i fast tilstand. Ved hjælp af NETZSCH PicoTR analyzer kan de præcist måle de termofysiske egenskaber af ultratynde film - et vigtigt skridt i retning af at realisere næste generations termiske styringsteknologier.
I denne kundesucceshistorie interviewer vi vores mangeårige kunde, prof. Hiromichi Ohtadirektør for Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University, i Japan. Han bruger instrumentetNETZSCH PicoTR til at måle tynde film, der anvendes i termiske transistorer. Hans forskningslaboratorium på Hokkaido University var det første til at udvikle elektrokemiske termiske transistorer i fast tilstand.
Interviewet blev udført af Narumi Fukuda og Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japan)
Om den interviewede, professor Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (figur 1) blev født i 1971. Han dimitterede fra det tekniske fakultet på Saitama University i marts 1994. Efter at have afsluttet sin kandidatgrad i anvendt kemi ved Nagoya University's Graduate School of Engineering i marts 1996 arbejdede han som forsker ved Sanyo Electric Co., Ltd.'s Soft Energy Technology Development Laboratory samt som forsker ved HOYA Corporation's R&D Center for Advanced Technology. Han fungerede også som gruppeleder for ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials Project.
I 2003 blev han lektor ved Nagoya University's Graduate School of Engineering. I 2012 blev han professor ved Hokkaido University's Research Institute for Electronic Science, en stilling han stadig har i dag. Siden 2025 har han været direktør for Research Institute for Electronic Science. Han har en ph.d. i ingeniørvidenskab fra Tokyo Institute of Technology (2001).
Hans primære forskningsområder omfatter termiske transistorer (termiske kontakter), termoelektriske konverteringsmaterialer og oxidiske tyndfilmstransistorer. Han er forfatter til over 280 fagfællebedømte tidsskriftartikler, som er blevet citeret mere end 24.800 gange med et H-indeks på 61.
Om Research Institute for Electronic Science (RIES)
Research Institute for Electronic Science (RIES) ved Hokkaido University (figur 2) blev oprindeligt etableret i 1943 som Ultra Shortwave Research Institute. Senere blev det til Institute of Applied Electricity, før det fik sit nuværende navn i 1993. Gennem banebrydende forskning og uddannelse fortsætter RIES med at bidrage til udviklingen af den elektroniske videnskab.
RIES består af tre hovedforskningsafdelinger: afdelingen for fotonik og optisk videnskab, afdelingen for materiale- og molekylærvidenskab og afdelingen for biovidenskab. Derudover huser det Green Nanotechnology Research Center og Research Center of Mathematics for Social Creativity.
Hvorfor NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Professor Ohta, hvorfor valgte du et NETZSCH -instrument til din forskning? Fortæl os lidt mere om dine analysemål og de nøglefaktorer, der påvirkede din beslutning.
Prof. Ohta:
"Jeg har forsket i tynde film i lang tid. Når det drejer sig om termoelektrisk konverteringsteknologi, er måling af Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne afgørende. Før udviklingen af PicoTRtænkte jeg: "Det var svært at måle tynde film", "Kun specialiserede folk kunne måle dem", og "Der var ingen apparater til rådighed til at måle tynde film"
Folk rådede mig ofte: "Hvorfor ikke måle med 3-omega-metoden?" Men der var en stærk opfattelse af, at det ville være umuligt uden teknologi til finlinjemønstring af metal.
Men da PicoTR blev frigivet, hørte jeg hurtigt om det, og der gik rygter om, at "dette apparat ser ud til at kunne måle tynde film" På det tidspunkt fik jeg tilfældigvis en forskningsbevilling, som jeg havde ansøgt om, så jeg besluttede at prøve at bruge PicoTR (figur 3) og introducerede den på vores institut. Med succes!
I dag forsker jeg i tynde film for at udvikle elektrokemiske termiske transistorer i fast tilstand. Jeg mener, at PicoTR er perfekt egnet til at måle dem."
Unikke funktioner, der gør en forskel
NETZSCH: Er der nogen funktioner i det PicoTR system, du bruger, som er særligt nyttige til din specifikke anvendelse?
Prof. OHTA:
"En af de unikke egenskaber ved PicoTR er forsinkelsestiden på 50 nanosekunder. Da jeg præsenterede disse data på en international konference, blev jeg ofte spurgt: "Var det ikke en fejl? Burde det ikke være 5 nanosekunder?" Forskere på andre institutter har tilsyneladende kun enheder med en forsinkelse på omkring 5 nanosekunder.
Når man måler i FF-tilstand og tager forsinkelsestiden på den vandrette akse, kan man se henfaldet af termoreflektanssignalet (figur 4). Der var dog data, som kunne observeres for første gang, når man målte op til 50 nanosekunder. Derfor følte jeg, at det var lidt upraktisk at foretage målinger med et apparat, der kun kan se ned til 5 nanosekunder."
I figuren nedenfor viser den blå linje de data, der er målt af PicoTR, og den røde linje viser de data, der er tilpasset til analysen (figur 5). Hvis den faktiske måling og tilpasningen stemmer overens op til 50 nanosekunder, er det indlysende, at værdien af analyseresultatet er korrekt. Hvis den kun kunne måle ned til 5 nanosekunder, ville der være en vis usikkerhed i resultaterne. Derfor synes jeg, at evnen til at måle op til 50 nanosekunder er en af de store styrker ved PicoTR.
Prof. Ohta:
"Når jeg holder foredrag i udlandet, er der altid studerende blandt tilhørerne, som bruger lignende systemer, og som er aktive som lærere og professorer forskellige steder, bl.a. i Hongkong, Kina og Korea. Når de ser mine data, bliver de altid overraskede og siger: "50 nanosekunder? Er der ikke et ekstra nul?". Jeg synes, det er fantastisk, at PicoTR kan observere termoreflektanssignalet i op til 50 nanosekunder.
En anden fordel er, at du kan betjene NETZSCH -systemet selv uden dybdegående viden. Jeg har ikke meget viden om termisk analyse, så selv hvis nogen bad mig om at bygge et termisk analyseinstrument til tynde film og gav mig delene, ville jeg aldrig være i stand til at gøre det. (Han griner)
Forskere og ingeniører, der specialiserer sig i termisk analyse, samler ofte dele, bygger instrumenter og udfører målinger selv. Så disse TDTR-enheder (Time-Domain Thermoreflectance) er normalt meget større og måler kun op til 5 nanosekunder. Men PicoTR giver med sit kompakte design mulighed for at indhente data med et enkelt klik."
Kommentar fra NETZSCH: Som du nævnte, kæmper de, der arbejder med TDTR optisk forsinkelse, ofte med at justere laserstråler i rummet, hvilket kan være meget udfordrende. Vi tror, at en af grundene til, at PicoTR med elektrisk forsinkelse kan kommercialiseres, er, at det er meget nemmere at justere den.
Fra laboratoriedata til effekt i den virkelige verden
NETZSCH: Hvordan har analyseresultaterne påvirket din forskning? Har du været i stand til at få ny indsigt, eller er der opstået en helt ny udvikling?
Prof. Ohta:
"Jeg tror ikke, at vi kunne have markedsført elektrokemiske termiske transistorer i fast tilstand uden THE PicoTR.
I forskning i termiske transistorer er det nødvendigt gentagne gange at tænde og slukke for den termiske transistor og måle, hvordan dens Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne ændrer sig. Da jeg først indsendte min artikel, udførte jeg 10 gentagne kørsler og var i stand til at få 10 målinger, så jeg indsendte artiklen med disse data.
Men under gennemgangen af en nyere artikel blev jeg spurgt: "Mål venligst 10 gange i potens med 6 (1 million) gange." Det er naturligvis urimeligt, så jeg var nødt til at reducere det til 100 gange. Selv 100 gange var ret udfordrende. I sidste ende besluttede jeg at foretage en måling med PicoTR en gang for hver 10 forsøg. På baggrund af denne erfaring indså jeg, at det ville være fantastisk, hvis PicoTR kunne forudsige ændringer i varmeledningsevnen og samtidig bevare sin fremragende ydeevne."
En vision for fremtiden: Den "termiske skærm"
NETZSCH: Lad os tage et kig ind i fremtiden: Er der andre udfordringer, som du gerne vil tage op?
Prof. Ohta:
"Mens jeg planlægger at fortsætte min nuværende forskning, vil jeg personligt gerne udvikle et "termisk display" Når jeg taler med folk om det, siger de ofte: "Jeg forstår det ikke helt." Men dette er min vision for et "termisk display":
Jeg vil gerne udvikle en kontakt, der kan ændre den termiske transmissivitet. Forestil dig, at hver pixel i teksten (figur 7) er en termisk kontakt. Den orange del repræsenterer en kontakt, der let lader varmen passere, mens den sorte del repræsenterer et område, hvor varmen ikke kan passere. Inde i denne beholder er der smeltet varmt jern. Dette smeltede jern er varmekilden, og displayet bruger en infrarød teknik.
Jeg vil gerne udvikle en teknologi, der kan bruge den udsendte varme til at blive vist på en skærm. Temperaturen i dette (illustrerede) rum antages at være 100°C. Jeg tror, at man typisk ikke ville kunne placere et tv eller en skærm i et sådant miljø. LCD'er og OLED'er ville ikke fungere, og jeg forestiller mig et scenarie, hvor mennesker ikke kan arbejde i de omgivelser.
I dette miljø er det kun robotter, der kan arbejde. Disse robotter ville opfange infrarøde signaler og bevæge sig i henhold til de instruktioner, der vises på skærmen. Jeg er ikke sikker på, at det nogensinde vil blive realiseret, men jeg håber at kunne udvikle denne form for "termisk display" Men når jeg taler med eksperter om det, forstår de det ikke, så jeg bad en grafisk designer om at skabe dette billede. (griner) Jeg prøvede også at bruge AI (som ChatGPT) til at skabe et billede, men det matchede ikke helt min vision."
Råd til fremtidige brugere af PicoTR
NETZSCH: Hvis du kunne give et råd eller en advarsel til nogen, der overvejer at indføre PicoTR, hvad ville det så være?
Prof. Ohta:
"Med hensyn til udvælgelsen af prøver til PicoTRer de tynde prøver, vi bruger, perfekte. Men jeg tror ikke, at PicoTR ville fungere godt med tykkere prøver eller prøver med fremtrædende overfladeruhed. Nogle gange får vi anmodninger om at måle prøver ved hjælp af PicoTR, og når jeg ser på de prøver, de sender, har de ofte betydelig overfladeruhed. Så hvis du beslutter dig for at indføre PicoTR, anbefaler jeg, at du bruger tynde prøver med glatte overflader."
NETZSCH: Mange tak for denne interessante indsigt, professor Ohta! Vi er stolte af at kunne støtte din forskning med vores PicoTR analysator. Til måling af tykkere prøver kan vi desuden anbefale vores Laser-flash-analysator. 😉
Læs mere om NETZSCH produkter til test af termofysiske egenskaber
