Témoignage de réussite d'un client
Permettre des avancées dans la recherche sur les transistors thermiques
Permettre des avancées dans la recherche sur les transistors thermiques : Découvrez comment l'université d'Hokkaido utilise le site NETZSCH PicoTR pour repousser les limites de la mesure des couches minces
À l'université d'Hokkaido, le professeur Hiromichi Ohta et son équipe sont à la pointe de la recherche sur les transistors thermiques électrochimiques à l'état solide. Grâce à l'analyseur NETZSCH PicoTR , ils peuvent mesurer avec précision les propriétés thermophysiques de films ultraminces, ce qui constitue une étape clé dans la réalisation des technologies de gestion thermique de la prochaine génération.
Dans ce témoignage, nous interviewons notre client de longue date, le Prof. Hiromichi Ohtahiromichi Ohta, directeur de l'Institut de recherche en sciences électroniques de l'Université d'Hokkaido, au Japon. Il utilise l'instrumentNETZSCH PicoTR pour mesurer les couches minces appliquées dans les transistors thermiques. Son laboratoire de recherche à l'université d'Hokkaido a été le premier à développer des transistors thermiques électrochimiques à l'état solide.
L'entretien a été mené par Narumi Fukuda et Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japon)
À propos de la personne interrogée, le professeur Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (figure 1) est né en 1971. Il a obtenu son diplôme à la faculté d'ingénierie de l'université de Saitama en mars 1994. Après avoir obtenu sa maîtrise en chimie appliquée à l'école supérieure d'ingénierie de l'université de Nagoya en mars 1996, il a travaillé comme chercheur au laboratoire de développement des technologies d'énergie douce de Sanyo Electric Co. Ltd. et au centre de R&D pour les technologies avancées de HOYA Corporation. Il a également été chef de groupe du projet ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials.
En 2003, il est devenu professeur associé à l'école supérieure d'ingénierie de l'université de Nagoya. En 2012, il est devenu professeur à l'Institut de recherche en sciences électroniques de l'université d'Hokkaido, poste qu'il occupe encore aujourd'hui. Depuis 2025, il est directeur de l'Institut de recherche en sciences électroniques. Il est titulaire d'un doctorat en ingénierie de l'Institut de technologie de Tokyo (2001).
Ses principaux domaines de recherche sont les transistors thermiques (interrupteurs thermiques), les matériaux de conversion thermoélectrique et les transistors à couche mince en oxyde. Il est l'auteur de plus de 280 articles de journaux évalués par des pairs, qui ont été cités plus de 24 800 fois, avec un indice H de 61.
À propos de l'Institut de recherche en sciences électroniques (RIES)
L'Institut de recherche en sciences électroniques (RIES) de l'université d'Hokkaido (figure 2) a été créé en 1943 sous le nom d'Institut de recherche sur les ondes ultra-courtes. Il est ensuite devenu l'Institut d'électricité appliquée avant d'adopter son nom actuel en 1993. Grâce à une recherche et un enseignement de pointe, le RIES continue de contribuer à l'avancement de la science électronique.
Le RIES se compose de trois divisions de recherche principales : la division de la photonique et des sciences optiques, la division des sciences des matériaux et des sciences moléculaires, et la division des sciences de la vie. Il abrite également le Centre de recherche sur les nanotechnologies vertes et le Centre de recherche sur les mathématiques pour la créativité sociale.
Pourquoi le site NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Prof. Ohta, pourquoi avez-vous choisi un instrument NETZSCH pour votre recherche ? Veuillez nous en dire un peu plus sur vos objectifs d'analyse et sur les facteurs clés qui ont influencé votre décision.
Prof. Ohta :
"Je fais des recherches sur les couches minces depuis longtemps. En ce qui concerne la technologie de conversion thermoélectrique, la mesure de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique est essentielle. Avant la mise au point de la technologie de conversion thermoélectrique, je me disais que la mesure des couches minces était essentielle PicoTRje pensais que la mesure des couches minces était difficile, que seules des personnes spécialisées pouvaient les mesurer et qu'il n'y avait pas d'appareils disponibles pour mesurer les couches minces
Les gens me conseillaient souvent : "Pourquoi ne pas mesurer à l'aide de la méthode des 3 omégas ?" Mais il y avait une forte impression que cela serait impossible sans la technologie de structuration des lignes fines des métaux.
Cependant, lorsque le site PicoTR a été mis sur le marché, j'en ai rapidement entendu parler et des rumeurs ont circulé : "Cet appareil semble être capable de mesurer des films minces" À ce moment-là, j'ai obtenu une bourse de recherche que j'avais demandée, et j'ai donc décidé d'essayer d'utiliser le PicoTR (figure 3) et de l'introduire dans notre institut. Avec succès !
Aujourd'hui, je fais des recherches sur les couches minces pour développer des transistors thermiques électrochimiques à l'état solide. Je pense que le site PicoTR est parfaitement adapté pour les mesurer"
Des caractéristiques uniques qui font la différence
NETZSCH: Y a-t-il des caractéristiques du système PicoTR que vous utilisez qui sont particulièrement utiles pour votre application spécifique ?
Prof. OHTA :
"L'une des caractéristiques uniques du système PicoTR est son temps de retard de 50 nanosecondes. Lorsque j'ai présenté ces données lors d'une conférence internationale, on m'a souvent demandé : "N'est-ce pas une erreur ? Ne devrait-on pas dire 5 nanosecondes ?" Les chercheurs d'autres instituts semblent ne disposer que d'appareils ayant un temps de retard d'environ 5 nanosecondes.
En mesurant en mode FF et en prenant le temps de retard sur l'axe horizontal, on peut observer la décroissance du signal de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance (figure 4). Cependant, certaines données ont pu être observées pour la première fois lors de mesures effectuées jusqu'à 50 nanosecondes. J'ai donc estimé qu'il était un peu gênant d'effectuer des mesures avec un appareil qui ne peut voir que jusqu'à 5 nanosecondes"
Dans la figure ci-dessous, la ligne bleue montre les données mesurées par le PicoTR, et la ligne rouge montre les données ajustées pour l'analyse (figure 5). Si la mesure réelle et l'ajustement correspondent jusqu'à 50 nanosecondes, il est évident que la valeur du résultat de l'analyse est correcte. Si l'appareil ne pouvait mesurer que jusqu'à 5 nanosecondes, il y aurait une certaine incertitude dans les résultats. Par conséquent, je pense que la capacité de mesurer jusqu'à 50 nanosecondes est l'une des grandes forces du site PicoTR.
Prof. Ohta :
"Lorsque je donne des conférences à l'étranger, il y a toujours dans l'auditoire des étudiants qui utilisent des systèmes similaires et qui sont actifs en tant qu'enseignants et professeurs dans divers endroits, notamment à Hong Kong, en Chine et en Corée. Lorsqu'ils voient mes données, ils sont toujours surpris et disent : "50 nanosecondes ? Il n'y a pas un zéro de plus ?". Je trouve formidable que le site PicoTR puisse observer le signal de ThermoréflectanceLa thermoréflectance est une méthode permettant de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques de films minces d'une épaisseur de l'ordre du nanomètre.thermoréflectance jusqu'à 50 nanosecondes.
Un autre avantage est que vous pouvez utiliser le système NETZSCH même sans connaissances approfondies. Je n'ai pas beaucoup de connaissances en analyse thermique, donc même si quelqu'un me disait de construire un instrument d'analyse thermique pour les couches minces et me donnait les pièces, je ne serais jamais capable de le faire. (Il rit)
Les chercheurs et les ingénieurs spécialisés dans l'analyse thermique collectent souvent des pièces, construisent des instruments et effectuent des mesures par eux-mêmes. Ainsi, les appareils TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) sont généralement beaucoup plus encombrants et ne mesurent que jusqu'à 5 nanosecondes. En revanche, PicoTR, avec sa conception compacte, vous permet d'obtenir des données d'un simple clic."
Commentaire de NETZSCH: Comme vous l'avez mentionné, ceux qui travaillent avec des délais optiques TDTR ont souvent du mal à aligner les faisceaux laser dans l'espace, ce qui peut s'avérer très difficile. Nous pensons que l'une des raisons pour lesquelles le PicoTR à retard électrique peut être commercialisé est que son alignement est beaucoup plus facile.
Des données de laboratoire à l'impact dans le monde réel
NETZSCH: Comment les résultats de l'analyse ont-ils influencé votre recherche ? Avez-vous été en mesure d'acquérir de nouvelles connaissances, ou un développement complètement nouveau est-il apparu ?
Prof. Ohta :
"Je ne pense pas que nous aurions pu commercialiser des transistors thermiques électrochimiques à l'état solide sans THE PicoTR.
Dans la recherche sur les transistors thermiques, il est nécessaire d'allumer et d'éteindre le transistor thermique à plusieurs reprises et de mesurer l'évolution de sa Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique. Lorsque j'ai soumis mon article pour la première fois, j'ai effectué 10 essais répétitifs et j'ai pu obtenir 10 mesures, j'ai donc soumis l'article avec ces données.
Cependant, au cours du processus de révision d'un article plus récent, on m'a demandé : "Veuillez mesurer 10 à la puissance 6 (1 million) fois" Évidemment, ce n'est pas raisonnable, j'ai donc dû réduire à 100 fois. Même 100 fois, c'était un véritable défi. Finalement, j'ai décidé d'effectuer une mesure avec le site PicoTR une fois tous les 10 essais. Sur la base de cette expérience, j'ai réalisé qu'il serait formidable que le site PicoTR puisse prédire les changements de Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique tout en conservant ses excellentes performances."
Une vision pour l'avenir : L'affichage thermique
NETZSCH: Jetons un coup d'œil sur l'avenir : Y a-t-il d'autres défis que vous aimeriez relever ?
Prof. Ohta :
"Tout en poursuivant mes recherches actuelles, j'aimerais développer un "écran thermique" Lorsque j'en parle aux gens, ils disent souvent : "Je ne comprends pas très bien" Mais c'est ma vision d'un "écran thermique" :
Je souhaite développer un interrupteur capable de modifier la transmissivité thermique. Imaginez que chaque pixel du texte (figure 7) soit un interrupteur thermique. La partie orange représente un interrupteur qui permet à la chaleur de passer facilement, tandis que la partie noire représente une zone où la chaleur ne passe pas. À l'intérieur de ce récipient se trouve du fer chaud en Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion. Ce fer fondu est la source de chaleur, et l'affichage utilise une technique infrarouge.
Je souhaite développer une technologie permettant d'utiliser la chaleur émise pour l'afficher sur un écran. La température dans cette pièce (illustrée) est supposée être de 100°C. Je pense qu'il est impossible de placer un téléviseur ou un écran dans un tel environnement. Les écrans LCD et OLED ne fonctionneraient pas, et j'imagine un scénario dans lequel les humains ne pourraient pas travailler dans cet environnement.
Dans cet environnement, seuls les robots peuvent fonctionner. Ces robots capteraient les signaux infrarouges et se déplaceraient en fonction des instructions affichées sur l'écran. Je ne sais pas si cela se réalisera un jour, mais j'espère développer ce type d'"affichage thermique" Cependant, lorsque j'en parle à des experts, ils ne comprennent pas, alors j'ai demandé à un graphiste de créer cette image. (rires) J'ai également essayé d'utiliser l'IA (comme ChatGPT) pour créer une image, mais elle ne correspondait pas tout à fait à ma vision
Conseils aux futurs utilisateurs de PicoTR
NETZSCH: Si vous pouviez donner un conseil ou une mise en garde à quelqu'un qui envisage d'introduire le site PicoTR, quel serait-il ?
Prof. Ohta :
"En ce qui concerne la sélection des échantillons pour la recherche sur le cancer, les échantillons minces que nous utilisons sont parfaits PicoTRles échantillons fins que nous utilisons sont parfaits. Cependant, je ne pense pas que PicoTR fonctionnerait bien avec des échantillons plus épais ou présentant une rugosité de surface importante. Nous recevons parfois des demandes de mesure d'échantillons à l'aide de PicoTR, et lorsque j'examine les échantillons qu'ils envoient, ils présentent souvent une rugosité de surface importante. Par conséquent, si vous décidez d'introduire PicoTR, je vous recommande d'utiliser des échantillons minces avec des surfaces lisses"
NETZSCH: Merci beaucoup pour ces informations intéressantes, professeur Ohta ! Nous sommes fiers de soutenir vos recherches avec notre analyseur PicoTR. En outre, pour mesurer des échantillons plus épais, nous pouvons vous recommander notre Analyseur Laser-Flash. 😉
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