Historia de éxito de un cliente
Avances en la investigación de transistores térmicos
Logrando avances en la investigación de transistores térmicos: Descubra cómo la Universidad de Hokkaido utiliza NETZSCH PicoTR para superar los límites de la medición de capas finas
En la Universidad de Hokkaido, el profesor Hiromichi Ohta y su equipo están a la vanguardia de la investigación sobre transistores térmicos electroquímicos de estado sólido. Utilizando el analizador NETZSCH PicoTR , pueden medir con precisión las propiedades termofísicas de películas ultrafinas, un paso clave hacia la realización de tecnologías de gestión térmica de próxima generación.
En esta historia de éxito, entrevistamos a nuestro cliente de muchos años, el Prof. Hiromichi Ohta. Hiromichi Ohtadirector del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas de la Universidad de Hokkaido (Japón). Utiliza el instrumentoNETZSCH PicoTR para medir películas finas aplicadas en transistores térmicos. Su laboratorio de investigación en la Universidad de Hokkaido fue el primero en desarrollar transistores térmicos electroquímicos de estado sólido.
La entrevista fue realizada por Narumi Fukuda y Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japón)
Sobre el entrevistado, Prof. Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (figura 1) nació en 1971. Se licenció en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Saitama en marzo de 1994. Tras completar su máster en Química Aplicada en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Nagoya en marzo de 1996, trabajó como investigador en el Laboratorio de Desarrollo de Tecnología de Energía Suave de Sanyo Electric Co., Ltd., así como investigador en el Centro de I+D de Tecnología Avanzada de HOYA Corporation. También fue jefe de grupo del Proyecto de Materiales Electroactivos Transparentes ERATO Hosono.
En 2003, se convirtió en profesor asociado de la Escuela de Postgrado de Ingeniería de la Universidad de Nagoya. En 2012, se convirtió en profesor del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas de la Universidad de Hokkaido, cargo que sigue ocupando en la actualidad. Desde 2025 es Director del Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas. Es Doctor en Ingeniería por el Instituto Tecnológico de Tokio (2001).
Sus principales campos de investigación son los transistores térmicos (interruptores térmicos), los materiales de conversión termoeléctrica y los transistores de película fina de óxido. Es autor de más de 280 artículos en revistas revisadas por expertos, que han sido citados más de 24.800 veces, con un índice H de 61.
Acerca del Instituto de Investigación en Ciencias Electrónicas (RIES)
El Instituto de Investigación de Ciencias Electrónicas (RIES) de la Universidad de Hokkaido (figura 2) se fundó en 1943 con el nombre de Instituto de Investigación de Ondas Ultracortas. Más tarde, se convirtió en el Instituto de Electricidad Aplicada antes de adoptar su nombre actual en 1993. A través de la investigación y la enseñanza de vanguardia, el RIES sigue contribuyendo al avance de la ciencia electrónica.
El RIES consta de tres divisiones de investigación principales: la División de Fotónica y Ciencias Ópticas, la División de Ciencias Moleculares y de los Materiales y la División de Ciencias de la Vida. Además, alberga el Centro de Investigación de Nanotecnología Verde y el Centro de Investigación de Matemáticas para la Creatividad Social.
¿Por qué NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Profesor Ohta, ¿por qué eligió un instrumento NETZSCH para su investigación? Háblenos un poco más de sus objetivos de análisis y de los factores clave que influyeron en su decisión.
Prof. Ohta:
"Llevo mucho tiempo investigando las películas finas. Cuando se trata de tecnología de conversión termoeléctrica, la medición de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica es esencial. Antes del desarrollo del PicoTRde la tecnología termoeléctrica, pensaba: "Medir películas finas es difícil", "Sólo las pueden medir personas especializadas" y "No hay aparatos para medir películas finas"
La gente me aconsejaba a menudo: "¿Por qué no medir utilizando el método de 3 omegas?" Pero existía la fuerte percepción de que esto sería imposible sin la tecnología de patrón de líneas finas de metal.
Sin embargo, cuando salió a la venta el PicoTR, enseguida oí hablar de él, y había rumores que decían: "Parece que este aparato es capaz de medir películas finas" Por aquel entonces, casualmente conseguí una beca de investigación que había solicitado, así que decidí probar a utilizar el PicoTR (figura 3) y lo introduje en nuestro instituto. ¡Con éxito!
Hoy investigo películas finas para desarrollar transistores térmicos electroquímicos de estado sólido. Creo que el PicoTR es perfectamente adecuado para medirlos"
Características únicas que marcan la diferencia
NETZSCH: ¿Hay alguna característica del sistema PicoTR que utilice que sea especialmente útil para su aplicación específica?
Prof. OHTA:
"Una de las características únicas del PicoTR es su tiempo de retardo de 50 nanosegundos. Cuando presenté estos datos en una conferencia internacional, me preguntaron a menudo: "¿No era un error? ¿No debería ser de 5 nanosegundos?" Al parecer, los investigadores de otros institutos sólo disponen de dispositivos con un tiempo de retardo de unos 5 nanosegundos.
Cuando se mide en modo FF y se toma el tiempo de retardo en el eje horizontal, se puede observar el decaimiento de la señal de TermorreflexiónLa termorreflexión es un método para determinar la difusividad térmica y la conductividad térmica de películas finas con espesores en el rango nanométrico.termorreflexión (figura 4). Sin embargo, había datos que se podían observar por primera vez al medir hasta 50 nanosegundos. Por lo tanto, me pareció un poco inconveniente realizar mediciones con un dispositivo que sólo puede ver hasta 5 nanosegundos"
En la figura siguiente, la línea azul muestra los datos medidos por el PicoTR, y la línea roja muestra los datos ajustados para el análisis (figura 5). Si la medición real y el ajuste coinciden hasta los 50 nanosegundos, es obvio que el valor del resultado del análisis es correcto. Si sólo se pudiera medir hasta 5 nanosegundos, habría cierta incertidumbre en los resultados. Por lo tanto, creo que la capacidad de medir hasta 50 nanosegundos es uno de los grandes puntos fuertes de PicoTR.
Prof. Ohta:
"Siempre que doy conferencias en el extranjero, entre el público hay estudiantes que utilizan sistemas similares y que ejercen como profesores y catedráticos en diversos lugares, como Hong Kong, China y Corea. Cuando ven mis datos, siempre se sorprenden y dicen: "¿50 nanosegundos? ¿No hay un cero de más?". Creo que es genial que el PicoTR pueda observar la señal de TermorreflexiónLa termorreflexión es un método para determinar la difusividad térmica y la conductividad térmica de películas finas con espesores en el rango nanométrico.termorreflexión hasta 50 nanosegundos.
Otra ventaja es que se puede manejar el sistema NETZSCH incluso sin conocimientos profundos. Yo no tengo muchos conocimientos sobre análisis térmico, así que aunque alguien me dijera que construyera un instrumento de análisis térmico para películas finas y me diera las piezas, nunca sería capaz de hacerlo. (Se ríe)
Los investigadores e ingenieros especializados en análisis térmico suelen reunir las piezas, construir los instrumentos y realizar las mediciones por sí mismos. Por eso, esos dispositivos TDTR (termorreflexión en el dominio del tiempo) suelen ser mucho más voluminosos y sólo miden hasta 5 nanosegundos. Sin embargo, PicoTR, con su diseño compacto, permite obtener datos con un solo clic."
Comentario de NETZSCH: Como usted ha mencionado, quienes trabajan con el retardo óptico TDTR a menudo se esfuerzan por alinear los haces láser en el espacio, lo que puede resultar muy difícil. Creemos que una de las razones por las que el PicoTR con retardo eléctrico puede comercializarse es porque su alineación es mucho más sencilla.
De los datos de laboratorio al impacto en el mundo real
NETZSCH: ¿Cómo han afectado los resultados del análisis a su investigación? ¿Ha podido obtener nuevos conocimientos o ha surgido algo completamente nuevo?
Profesor Ohta:
"No creo que hubiéramos podido comercializar transistores térmicos electroquímicos de estado sólido sin THE PicoTR.
En la investigación de transistores térmicos, es necesario encender y apagar repetidamente el transistor térmico y medir cómo cambia su Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Cuando presenté mi artículo por primera vez, realicé 10 repeticiones y pude obtener 10 mediciones, por lo que presenté el artículo con esos datos.
Sin embargo, durante el proceso de revisión de un artículo más reciente, me pidieron: "Por favor, mida 10 a la potencia de 6 (1 millón) veces" Obviamente, eso no es razonable, así que tuve que reducirlo a 100 veces. Incluso 100 veces era todo un reto. Al final, decidí hacer una medición con el PicoTR una vez cada 10 ensayos. Basándome en esta experiencia, me di cuenta de que sería estupendo que el PicoTR pudiera predecir los cambios en la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica manteniendo su excelente rendimiento."
Una visión de futuro: La "pantalla térmica"
NETZSCH: Echemos un vistazo al futuro: ¿Hay otros retos que le gustaría abordar?
Prof. Ohta:
"Aunque planeo continuar mi investigación actual, personalmente, quiero desarrollar una "pantalla térmica" Cuando hablo de esto con la gente, a menudo me dicen: "No lo entiendo" Pero esta es mi visión de una "pantalla térmica":
Quiero desarrollar un interruptor que pueda cambiar la transmisividad térmica. Imagina cada píxel del texto (figura 7) como un interruptor térmico. La parte naranja representa un interruptor que deja pasar fácilmente el calor, mientras que la parte negra representa una zona por la que no pasa el calor. Dentro de este contenedor hay hierro fundido caliente. Este hierro fundido es la fuente de calor, y la pantalla utiliza una técnica de infrarrojos.
Quiero desarrollar una tecnología que pueda utilizar el calor emitido para mostrarlo en una pantalla. Se supone que la temperatura en esta sala (ilustrada) es de 100°C. Creo que, normalmente, no se podría colocar un televisor o una pantalla en un entorno así. Las pantallas LCD y OLED no funcionarían, y me estoy imaginando un escenario en el que los humanos no pueden trabajar en ese entorno.
En ese entorno, sólo podrían trabajar robots. Estos robots captarían las señales infrarrojas y se moverían según las instrucciones mostradas en la pantalla. No estoy seguro de que esto llegue a hacerse realidad, pero espero desarrollar este tipo de "pantalla térmica" Sin embargo, cuando hablo de ello con expertos, no lo entienden, así que le pedí a un diseñador gráfico que creara esta imagen. (Risas) También intenté usar IA (como ChatGPT) para crear una imagen, pero no se ajustaba del todo a mi visión"
Consejos para futuros usuarios de PicoTR
NETZSCH: Si pudiera dar un consejo o una advertencia a alguien que esté pensando en introducir PicoTR, ¿cuál sería?
Prof. Ohta:
"En cuanto a la selección de muestras para PicoTRlas muestras finas que utilizamos son perfectas. Sin embargo, no creo que PicoTR funcione bien con muestras más gruesas o que tengan una rugosidad superficial prominente. A veces recibimos peticiones para medir muestras utilizando PicoTR, y cuando miro las muestras que nos envían, suelen tener una rugosidad superficial importante. Por eso, si se decide introducir PicoTR, recomiendo utilizar muestras finas con superficies lisas"
NETZSCH: Muchas gracias por estos interesantes comentarios, profesor Ohta Estamos orgullosos de apoyar su investigación con nuestro analizador PicoTR. Además, para medir muestras más gruesas, podemos recomendarle nuestro Analizador de flash láser. 😉
Más información sobre los productos NETZSCH para ensayos de propiedades termofísicas
