Ιστορία επιτυχίας πελάτη
Ενεργοποίηση επαναστατικών εξελίξεων στην έρευνα για τα θερμικά τρανζίστορ
Ενεργοποίηση σημαντικών ανακαλύψεων στην έρευνα για τα θερμικά τρανζίστορ: NETZSCH PicoTR για να διευρύνει τα όρια της μέτρησης λεπτών υμενίων
Στο Πανεπιστήμιο Hokkaido, ο καθηγητής Hiromichi Ohta και η ομάδα του βρίσκονται στην πρώτη γραμμή της έρευνας για τα ηλεκτροχημικά θερμικά τρανζίστορ στερεάς κατάστασης. Χρησιμοποιώντας τον αναλυτή NETZSCH PicoTR , μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια τις θερμοφυσικές ιδιότητες των εξαιρετικά λεπτών υμενίων - ένα βασικό βήμα προς την υλοποίηση τεχνολογιών θερμικής διαχείρισης επόμενης γενιάς.
Σε αυτή την ιστορία επιτυχίας πελάτη, παίρνουμε συνέντευξη από τον μακροχρόνιο πελάτη μας, τον καθηγητή. Hiromichi Ohta, Διευθυντή του Ερευνητικού Ινστιτούτου Ηλεκτρονικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Hokkaido στην Ιαπωνία. Χρησιμοποιεί το όργανοNETZSCH PicoTR για τη μέτρηση λεπτών υμενίων που εφαρμόζονται σε θερμικά τρανζίστορ. Το ερευνητικό του εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο Hokkaido ήταν το πρώτο που ανέπτυξε ηλεκτροχημικά θερμικά τρανζίστορ στερεάς κατάστασης.
Η συνέντευξη διεξήχθη από τις Narumi Fukuda και Kazuko Ishikawa (NETZSCH Ιαπωνία)
Σχετικά με τον ερωτώμενο, καθηγητή Hiromichi Ohta
Ο Hiromichi Ohta (εικόνα 1) γεννήθηκε το 1971. Αποφοίτησε από τη Σχολή Μηχανικών του Πανεπιστημίου Saitama τον Μάρτιο του 1994. Αφού ολοκλήρωσε το μεταπτυχιακό του στην εφαρμοσμένη χημεία στη Σχολή Μηχανικών του Πανεπιστημίου Nagoya τον Μάρτιο του 1996, εργάστηκε ως ερευνητής στο Εργαστήριο Ανάπτυξης Τεχνολογίας Μαλακής Ενέργειας της Sanyo Electric Co., Ltd., καθώς και ως ερευνητής στο Κέντρο Ε&Α Προηγμένης Τεχνολογίας της HOYA Corporation. Διετέλεσε επίσης επικεφαλής της ομάδας του προγράμματος ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials Project.
Το 2003, έγινε αναπληρωτής καθηγητής στην Πολυτεχνική Σχολή του Πανεπιστημίου Nagoya. Το 2012, έγινε καθηγητής στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Επιστήμης του Πανεπιστημίου Hokkaido, θέση την οποία κατέχει μέχρι σήμερα. Από το 2025, έχει διατελέσει διευθυντής του Ερευνητικού Ινστιτούτου Ηλεκτρονικής Επιστήμης. Είναι κάτοχος διδακτορικού διπλώματος μηχανικής από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο (2001).
Τα κύρια ερευνητικά του πεδία περιλαμβάνουν θερμικά τρανζίστορ (θερμικούς διακόπτες), θερμοηλεκτρικά υλικά μετατροπής και τρανζίστορ λεπτού υμενίου οξειδίου. Έχει συγγράψει πάνω από 280 εργασίες σε περιοδικά με κριτές, οι οποίες έχουν αναφερθεί περισσότερες από 24.800 φορές, με δείκτη H-index 61.
Σχετικά με το Ερευνητικό Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Επιστήμης (RIES)
Το Ερευνητικό Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Επιστήμης (RIES) στο Πανεπιστήμιο Hokkaido (εικόνα 2) ιδρύθηκε αρχικά το 1943 ως Ερευνητικό Ινστιτούτο Υπερελαφρών Κυμάτων. Αργότερα, έγινε Ινστιτούτο Εφαρμοσμένου Ηλεκτρισμού πριν υιοθετήσει το σημερινό του όνομα το 1993. Μέσω της έρευνας και της εκπαίδευσης αιχμής, το RIES συνεχίζει να συμβάλλει στην πρόοδο της ηλεκτρονικής επιστήμης.
Το RIES αποτελείται από τρία κύρια ερευνητικά τμήματα: το Τμήμα Φωτονικής και Οπτικής Επιστήμης, το Τμήμα Υλικών και Μοριακών Επιστημών και το Τμήμα Επιστημών της Ζωής. Επιπλέον, στεγάζει το Ερευνητικό Κέντρο Πράσινης Νανοτεχνολογίας και το Ερευνητικό Κέντρο Μαθηματικών για την Κοινωνική Δημιουργικότητα.
Γιατί το NETZSCH PicoTR
NETZSCH: Καθηγητή Ohta, γιατί επιλέξατε ένα όργανο NETZSCH για την έρευνά σας Πείτε μας λίγα περισσότερα για τους στόχους της ανάλυσής σας και τους βασικούς παράγοντες που επηρέασαν την απόφασή σας.
Καθηγητής Ohta:
"Ερευνώ λεπτά υμένια εδώ και πολύ καιρό. Όταν πρόκειται για την τεχνολογία θερμοηλεκτρικής μετατροπής, η μέτρηση της θερμικής αγωγιμότητας είναι απαραίτητη. Πριν από την ανάπτυξη της PicoTR, πίστευα ότι: "Η μέτρηση λεπτών υμενίων ήταν δύσκολη", "Μόνο εξειδικευμένοι άνθρωποι μπορούσαν να τα μετρήσουν" και "Δεν υπήρχαν διαθέσιμες συσκευές για τη μέτρηση λεπτών υμενίων"
Οι άνθρωποι με συμβούλευαν συχνά: "Γιατί δεν μετράτε με τη μέθοδο 3 ωμέγα;" Υπήρχε όμως η ισχυρή αντίληψη ότι αυτό θα ήταν αδύνατο χωρίς την τεχνολογία διαμόρφωσης λεπτών γραμμών μετάλλων.
Ωστόσο, όταν κυκλοφόρησε το PicoTR, άκουσα γρήγορα γι' αυτό, και υπήρχαν φήμες που έλεγαν: "Αυτή η συσκευή φαίνεται ότι μπορεί να μετρήσει λεπτά υμένια" Εκείνη την εποχή, έτυχε να εξασφαλίσω μια ερευνητική επιχορήγηση για την οποία είχα υποβάλει αίτηση, οπότε αποφάσισα να δοκιμάσω να χρησιμοποιήσω το PicoTR (εικόνα 3) και το εισήγαγα στο ινστιτούτο μας. Με επιτυχία!
Σήμερα, ερευνώ λεπτά υμένια για την ανάπτυξη ηλεκτροχημικών θερμικών τρανζίστορ στερεάς κατάστασης. Πιστεύω ότι το PicoTR είναι απόλυτα κατάλληλο για τη μέτρησή τους"
Μοναδικά χαρακτηριστικά που κάνουν τη διαφορά
NETZSCH: Υπάρχουν κάποια χαρακτηριστικά του συστήματος PicoTR που χρησιμοποιείτε που είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας
Prof. OHTA:
"Ένα από τα μοναδικά χαρακτηριστικά του PicoTR είναι ο χρόνος καθυστέρησης 50 νανοδευτερολέπτων. Όταν παρουσίασα τα δεδομένα αυτά σε ένα διεθνές συνέδριο, με ρωτούσαν συχνά: "Δεν ήταν λάθος αυτό Δεν θα έπρεπε να είναι 5 νανοδευτερόλεπτα;" Οι ερευνητές σε άλλα ινστιτούτα φαίνεται να έχουν μόνο συσκευές με χρόνο καθυστέρησης γύρω στα 5 νανοδευτερόλεπτα.
Κατά τη μέτρηση σε λειτουργία FF και τη λήψη του χρόνου καθυστέρησης στον οριζόντιο άξονα, μπορεί να παρατηρηθεί η αποσύνθεση του σήματος θερμικής ανάκλασης (εικόνα 4). Ωστόσο, υπήρχαν δεδομένα που μπορούσαν να παρατηρηθούν για πρώτη φορά κατά τη μέτρηση μέχρι 50 νανοδευτερόλεπτα. Ως εκ τούτου, θεώρησα ότι ήταν λίγο άβολο να κάνω μετρήσεις με μια συσκευή που μπορεί να δει μόνο μέχρι τα 5 νανοδευτερόλεπτα"
Στο παρακάτω σχήμα, η μπλε γραμμή δείχνει τα δεδομένα που μετρήθηκαν από το PicoTR, και η κόκκινη γραμμή δείχνει τα δεδομένα που προσαρμόστηκαν για ανάλυση (σχήμα 5). Εάν η πραγματική μέτρηση και η προσαρμογή ταυτίζονται μέχρι 50 νανοδευτερόλεπτα, είναι προφανές ότι η τιμή του αποτελέσματος της ανάλυσης είναι σωστή. Εάν μπορούσε να μετρήσει μόνο μέχρι 5 νανοδευτερόλεπτα, τότε θα υπήρχε κάποια αβεβαιότητα στα αποτελέσματα. Επομένως, νομίζω ότι η δυνατότητα μέτρησης έως και 50 νανοδευτερόλεπτα είναι ένα από τα μεγάλα πλεονεκτήματα του PicoTR.
Καθηγητής Ohta:
"Κάθε φορά που δίνω διαλέξεις στο εξωτερικό, υπάρχουν πάντα φοιτητές στο ακροατήριο που χρησιμοποιούν παρόμοια συστήματα και οι οποίοι δραστηριοποιούνται ως δάσκαλοι και καθηγητές σε διάφορα μέρη, συμπεριλαμβανομένου του Χονγκ Κονγκ, της Κίνας και της Κορέας. Όταν βλέπουν τα δεδομένα μου, είναι πάντα έκπληκτοι και λένε: "50 νανοδευτερόλεπτα! Δεν υπάρχει ένα επιπλέον μηδέν;". Νομίζω ότι είναι σπουδαίο το γεγονός ότι το PicoTR μπορεί να παρατηρήσει το σήμα θερμοανάκλασης μέχρι και 50 νανοδευτερόλεπτα.
Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι μπορείτε να χειριστείτε το σύστημα NETZSCH ακόμη και χωρίς βαθιές γνώσεις. Δεν έχω πολλές γνώσεις σχετικά με τη θερμική ανάλυση, οπότε ακόμη και αν κάποιος μου έλεγε να κατασκευάσω ένα όργανο θερμικής ανάλυσης για λεπτά υμένια και μου έδινε τα εξαρτήματα, δεν θα μπορούσα ποτέ να το κάνω. (Γελάει)
Οι ερευνητές και οι μηχανικοί που ειδικεύονται στη θερμική ανάλυση συχνά συλλέγουν εξαρτήματα, κατασκευάζουν όργανα και πραγματοποιούν μετρήσεις μόνοι τους. Έτσι, αυτές οι συσκευές TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) είναι συνήθως πολύ πιο ογκώδεις και μετρούν μόνο μέχρι 5 νανοδευτερόλεπτα. Ωστόσο, το PicoTR, με τον συμπαγή σχεδιασμό του, σας επιτρέπει να λαμβάνετε δεδομένα μόνο με ένα κλικ"
Σχόλιο από NETZSCH: Όπως αναφέρατε, όσοι εργάζονται με οπτική καθυστέρηση TDTR συχνά αγωνίζονται να ευθυγραμμίσουν τις ακτίνες λέιζερ στο χώρο, κάτι που μπορεί να είναι πολύ δύσκολο. Πιστεύουμε ότι ένας από τους λόγους για τους οποίους το PicoTR με ηλεκτρική καθυστέρηση μπορεί να εμπορευματοποιηθεί είναι επειδή η ευθυγράμμισή του είναι πολύ πιο εύκολη.
Από τα εργαστηριακά δεδομένα στον πραγματικό κόσμο
NETZSCH: Πώς τα αποτελέσματα της ανάλυσης επηρέασαν την έρευνά σας Καταφέρατε να αποκτήσετε νέες γνώσεις ή προέκυψε μια εντελώς νέα εξέλιξη
Καθηγητής Ohta:
"Δεν νομίζω ότι θα μπορούσαμε να έχουμε διαθέσει στην αγορά ηλεκτροχημικά θερμικά τρανζίστορ στερεάς κατάστασης χωρίς ΤΟ PicoTR.
Στην έρευνα για τα θερμικά τρανζίστορ, είναι απαραίτητο να ενεργοποιούμε και να απενεργοποιούμε επανειλημμένα το θερμικό τρανζίστορ και να μετράμε πώς μεταβάλλεται η θερμική του αγωγιμότητα. Όταν υπέβαλα για πρώτη φορά την εργασία μου, πραγματοποίησα 10 επαναλαμβανόμενες εκτελέσεις και μπόρεσα να πάρω 10 μετρήσεις, οπότε υπέβαλα την εργασία με αυτά τα δεδομένα.
Ωστόσο, κατά τη διαδικασία αναθεώρησης μιας πιο πρόσφατης εργασίας, μου ζητήθηκε: "Παρακαλώ μετρήστε 10 στη δύναμη του 6 (1 εκατομμύριο) φορές" Προφανώς, αυτό είναι παράλογο, οπότε αναγκάστηκα να το μειώσω σε 100 φορές. Ακόμη και οι 100 φορές ήταν αρκετά δύσκολη πρόκληση. Τελικά, αποφάσισα να κάνω μια μέτρηση με το PicoTR μία φορά κάθε 10 δοκιμές. Με βάση αυτή την εμπειρία, συνειδητοποίησα ότι θα ήταν σπουδαίο αν το PicoTR μπορούσε να προβλέψει τις αλλαγές στη θερμική αγωγιμότητα, διατηρώντας παράλληλα τις εξαιρετικές επιδόσεις του"
Ένα όραμα για το μέλλον: Η "θερμική οθόνη"
NETZSCH: Ας ρίξουμε μια ματιά στο μέλλον: Υπάρχουν άλλες προκλήσεις που θα θέλατε να αντιμετωπίσετε
Καθηγητής Ohta:
"Ενώ σκοπεύω να συνεχίσω την τρέχουσα έρευνά μου, προσωπικά, θέλω να αναπτύξω μια "θερμική οθόνη" Όταν μιλάω σε ανθρώπους γι' αυτό, συχνά λένε: "Δεν καταλαβαίνω ακριβώς" Αλλά αυτό είναι το όραμά μου για μια "θερμική οθόνη":
Θέλω να αναπτύξω έναν διακόπτη που μπορεί να αλλάξει τη θερμική διαπερατότητα. Φανταστείτε κάθε εικονοστοιχείο του κειμένου (εικόνα 7) ως θερμικό διακόπτη. Το πορτοκαλί μέρος αντιπροσωπεύει έναν διακόπτη που επιτρέπει στη θερμότητα να περνάει εύκολα, ενώ το μαύρο μέρος αντιπροσωπεύει μια περιοχή όπου η θερμότητα δεν περνάει. Μέσα σε αυτό το δοχείο υπάρχει λιωμένο καυτό σίδερο. Αυτός ο λιωμένος σίδηρος είναι η πηγή θερμότητας και η οθόνη χρησιμοποιεί μια τεχνική υπέρυθρων ακτίνων.
Θέλω να αναπτύξω μια τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιήσει τη θερμότητα που εκπέμπεται για να εμφανιστεί σε μια οθόνη. Η θερμοκρασία σε αυτό το (εικονιζόμενο) δωμάτιο θεωρείται ότι είναι 100°C. Νομίζω ότι τυπικά, δεν θα μπορούσατε να τοποθετήσετε μια τηλεόραση ή μια οθόνη σε ένα τέτοιο περιβάλλον. Οι LCD και οι OLED δεν θα λειτουργούσαν, και φαντάζομαι ένα σενάριο όπου οι άνθρωποι δεν μπορούν να εργαστούν σε αυτό το περιβάλλον.
Σε αυτό το περιβάλλον, μόνο ρομπότ μπορούν να λειτουργήσουν. Αυτά τα ρομπότ θα συλλαμβάνουν υπέρυθρα σήματα και θα κινούνται σύμφωνα με τις οδηγίες που εμφανίζονται στην οθόνη. Δεν είμαι σίγουρος αν αυτό θα πραγματοποιηθεί ποτέ, αλλά ελπίζω να αναπτυχθεί αυτό το είδος "θερμικής οθόνης" Ωστόσο, όταν μιλάω σε ειδικούς γι' αυτό, δεν καταλαβαίνουν, γι' αυτό ζήτησα από έναν γραφίστα να δημιουργήσει αυτή την εικόνα. (γέλια) Προσπάθησα επίσης να χρησιμοποιήσω τεχνητή νοημοσύνη (όπως το ChatGPT) για να δημιουργήσω μια εικόνα, αλλά δεν ταίριαζε απόλυτα με το όραμά μου"
Συμβουλές για τους μελλοντικούς χρήστες του PicoTR
NETZSCH: Αν μπορούσατε να δώσετε συμβουλές ή σημεία προσοχής σε κάποιον που σκέφτεται να εισάγει το PicoTR, ποιες θα ήταν αυτές
Καθηγητής Ohta:
"Όσον αφορά την επιλογή των δειγμάτων για PicoTR, τα λεπτά δείγματα που χρησιμοποιούμε είναι τέλεια. Ωστόσο, δεν νομίζω ότι το PicoTR θα λειτουργούσε καλά με παχύτερα δείγματα ή με δείγματα με εμφανή επιφανειακή τραχύτητα. Μερικές φορές μας ζητούν να μετρήσουμε δείγματα χρησιμοποιώντας το PicoTR, και όταν κοιτάζω τα δείγματα που στέλνουν, συχνά έχουν σημαντική επιφανειακή τραχύτητα. Επομένως, αν αποφασίσετε να εισαγάγετε το PicoTR, συνιστώ να χρησιμοποιείτε λεπτά δείγματα με λεία επιφάνεια"
NETZSCH: Σας ευχαριστώ πολύ για αυτές τις ενδιαφέρουσες πληροφορίες, καθηγητά Ohta! Είμαστε υπερήφανοι που υποστηρίζουμε την έρευνά σας με τον αναλυτή μας PicoTR. Επιπλέον, για τη μέτρηση παχύτερων δειγμάτων, μπορούμε να σας προτείνουμε τον Αναλυτή Laser-Flash. 😉
