Ügyfél SIKERES TÖRTÉNET
Áttörések lehetővé tétele a termikus tranzisztorok kutatásában
Áttörések lehetővé tétele a termikus tranzisztorok kutatásában: A Hokkaidói Egyetem a NETZSCH PicoTR segítségével a vékonyréteg-mérés határait feszegeti
A Hokkaidói Egyetemen Hiromichi Ohta professzor és csapata élen jár a szilárdtest elektrokémiai termikus tranzisztorok kutatásában. A NETZSCH PicoTR analizátor segítségével pontosan meg tudják mérni az ultravékony filmek termofizikai tulajdonságait - ez kulcsfontosságú lépés a következő generációs hőkezelési technológiák megvalósítása felé.
Ebben az ügyfélsikertörténetben interjút készítünk hosszú távú ügyfelünkkel, Prof. Hiromichi Ohta, a japán Hokkaido Egyetem Elektronikai Tudományok Kutatóintézetének igazgatójával. A NETZSCH PicoTR műszert használja a termikus tranzisztorokban alkalmazott vékonyrétegek mérésére. A Hokkaidói Egyetemen működő kutatólaboratóriuma elsőként fejlesztett ki szilárdtest elektrokémiai termikus tranzisztorokat.
Az interjút Narumi Fukuda és Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japán) készítette
Az interjúalanyról, Prof. Hiromichi Ohta professzorról
Hiromichi Ohta (1. ábra) 1971-ben született. A Saitama Egyetem mérnöki karán végzett 1994 márciusában. Miután 1996 márciusában elvégezte a Nagoya Egyetem Mérnöki Főiskolai Karán az alkalmazott kémia mesterképzést, a Sanyo Electric Co., Ltd. Soft Energy Technology Development Laboratory kutatójaként, valamint a HOYA Corporation K+F Center for Advanced Technology kutatójaként dolgozott. Az ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials Project csoportvezetője is volt.
2003-ban a Nagoya Egyetem Mérnöki Karának docense lett. 2012-ben a Hokkaido Egyetem Elektronikai Tudományok Kutatóintézetének professzora lett, és ezt a pozíciót ma is betölti. 2025 óta az Elektronikai Tudományok Kutatóintézetének igazgatója. A Tokiói Műszaki Intézetben szerzett mérnöki doktori címet (2001).
Fő kutatási területei közé tartoznak a termikus tranzisztorok (termikus kapcsolók), a termoelektromos átalakító anyagok és az oxid vékonyréteg-tranzisztorok. Több mint 280 lektorált szakfolyóiratban megjelent cikk szerzője, amelyeket több mint 24 800 alkalommal idéztek, H-indexe 61.
Az Elektronikai Tudományok Kutatóintézetéről (RIES)
A Hokkaidói Egyetem Elektronikai Tudományok Kutatóintézetét (RIES) (2. ábra) eredetileg 1943-ban alapították Ultra Rövidhullámú Kutatóintézet néven. Később Alkalmazott Villamossági Intézet lett belőle, mielőtt 1993-ban felvette jelenlegi nevét. Az élvonalbeli kutatás és oktatás révén a RIES továbbra is hozzájárul az elektronikai tudományok fejlődéséhez.
A RIES három fő kutatási részlegből áll: a Fotonikai és Optikai Tudományok Osztályából, az Anyag- és Molekuláris Tudományok Osztályából, valamint az Élettudományok Osztályából. Emellett itt található a Zöld Nanotechnológiai Kutatóközpont és a Matematika a Társadalmi Kreativitásért Kutatóközpont.
Miért a NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Ohta professzor, miért a NETZSCH műszert választotta kutatásaihoz? Kérem, meséljen egy kicsit többet az elemzés céljairól és a döntését befolyásoló legfontosabb tényezőkről.
Prof. Ohta:
"Hosszú ideje kutatom a vékonyrétegeket. Amikor a termoelektromos átalakítási technológiáról van szó, a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség mérése alapvető fontosságú. A fejlesztés előtt a PicoTR, azt gondoltam: "A vékonyrétegek mérése nehéz", "Csak speciális szakemberek tudták mérni őket", és "Nem álltak rendelkezésre a vékonyrétegek mérésére alkalmas eszközök"
Az emberek gyakran tanácsolták nekem: "Miért nem a 3-omega módszerrel mérünk?" De az volt az erős felfogás, hogy ez lehetetlen lenne fém finomvonalas mintázási technológia nélkül.
Amikor azonban megjelent a PicoTR, gyorsan hallottam róla, és olyan pletykák terjedtek el, hogy "Ez a készülék, úgy tűnik, képes vékonyrétegek mérésére" Abban az időben történetesen megkaptam egy kutatási ösztöndíjat, amelyre pályáztam, ezért úgy döntöttem, hogy kipróbálom a PicoTR (3. ábra) használatát, és bevezettem az intézetünkben. Sikerrel!
Ma vékonyrétegek kutatásával foglalkozom, hogy szilárdtest elektrokémiai termikus tranzisztorokat fejlesszek ki. Úgy vélem, a PicoTR tökéletesen alkalmas ezek mérésére."
Egyedi jellemzők, amelyek különbséget tesznek
NETZSCH: Van olyan funkciója a PicoTR rendszernek, amelyet használ, és amely különösen hasznos az Ön konkrét alkalmazása szempontjából?
Prof. OHTA:
"A PicoTR egyik egyedülálló jellemzője az 50 nanoszekundumos késleltetési idő. Amikor egy nemzetközi konferencián bemutattam ezt az adatot, gyakran kérdezték tőlem: "Nem volt ez hiba? Nem 5 nanoszekundumnak kellene lennie?" Más intézetek kutatóinak úgy tűnik, hogy csak 5 nanoszekundum körüli késleltetési idővel rendelkező eszközökkel rendelkeznek.
Ha FF üzemmódban mérünk, és a késleltetési időt a vízszintes tengelyen vesszük, megfigyelhető a termoreflektancia jel csökkenése (4. ábra). Voltak azonban olyan adatok, amelyeket először 50 nanoszekundumos mérésnél lehetett megfigyelni. Ezért úgy éreztem, hogy kissé kényelmetlen volt egy olyan eszközzel méréseket végezni, amely csak 5 nanoszekundumig lát lefelé"
Az alábbi ábrán a kék vonal a PicoTR által mért adatokat, a piros vonal pedig az elemzéshez illesztett adatokat mutatja (5. ábra). Ha a tényleges mérés és az illesztés 50 nanoszekundumig egyezik, akkor nyilvánvaló, hogy az elemzés eredménye helyes. Ha csak 5 nanoszekundumig tudna mérni, akkor az eredményekben lenne némi bizonytalanság. Ezért úgy gondolom, hogy az 50 nanoszekundumig történő mérés képessége a PicoTR egyik nagy erőssége.
Prof. Ohta:
"Amikor előadásokat tartok a tengerentúlon, mindig vannak olyan hallgatók a hallgatóságban, akik hasonló rendszereket használnak, és akik különböző helyeken, többek között Hongkongban, Kínában és Koreában tanárok és professzorok. Amikor látják az adataimat, mindig meglepődnek és azt mondják: "50 nanoszekundum!? Nincs benne egy plusz nulla?". Szerintem nagyszerű, hogy a PicoTR akár 50 nanoszekundumig is képes megfigyelni a TermoreflexióA termoreflexió a nanométeres vastagságú vékonyrétegek hővezető képességének és hővezető képességének meghatározására szolgáló módszer.termoreflexiós jelet.
További előnye, hogy a NETZSCH rendszert mélyreható ismeretek nélkül is lehet működtetni. Nekem nincs sok tudásom a termikus analízisről, így ha valaki azt mondaná, hogy építsek egy vékonyrétegek termikus analízisére alkalmas műszert, és odaadná az alkatrészeket, akkor sem tudnám megcsinálni. (Nevet.)
A termikus analízisre szakosodott kutatók és mérnökök gyakran maguk gyűjtik össze az alkatrészeket, építik meg a műszereket, és végzik el a méréseket. Így ezek a TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) eszközök általában sokkal terjedelmesebbek, és csak 5 nanoszekundumig mérnek. A PicoTR, a kompakt kialakításával azonban lehetővé teszi, hogy az adatokat egyetlen kattintással megkapja."
Comment by NETZSCH: Mint említette, azok, akik TDTR optikai késleltetéssel dolgoznak, gyakran küzdenek a lézersugarak térben történő összehangolásával, ami nagy kihívást jelenthet. Úgy gondoljuk, hogy az elektromos késleltetésű PicoTR többek között azért kerülhet kereskedelmi forgalomba, mert az igazítása sokkal egyszerűbb.
A laboratóriumi adatoktól a valós hatásokig
NETZSCH: Hogyan befolyásolták az elemzés eredményei a kutatását? Sikerült-e új felismeréseket szereznie, vagy teljesen új fejlemény merült fel?
Prof. Ohta:
"Nem hiszem, hogy a szilárdtest elektrokémiai termikus tranzisztorok piacra kerülése nélkül a THE PicoTR.
A termikus tranzisztorok kutatásában ismételten be- és kikapcsolni kell a termikus tranzisztort, és mérni kell, hogyan változik a hővezető képessége. Amikor először benyújtottam a dolgozatomat, 10 ismétlődő futtatást végeztem, és 10 mérést tudtam végezni, így a dolgozatot ezekkel az adatokkal nyújtottam be.
Egy újabb dolgozatom bírálati folyamata során azonban azt kérték tőlem, hogy "Kérem, mérjen 10 hatszoros hatványon (1 milliószor)" Ez nyilvánvalóan ésszerűtlen, ezért 100-szorosra kellett csökkentenem. Még a 100-szoros is elég nagy kihívás volt. Végül úgy döntöttem, hogy 10 kísérletenként egyszer végzek mérést a PicoTR címmel. E tapasztalatok alapján rájöttem, hogy nagyszerű lenne, ha a PicoTR képes lenne előre jelezni a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség változását, miközben megtartja kiváló teljesítményét."
Jövőkép a jövőre nézve: A "termikus kijelző"
NETZSCH: Nézzünk a jövőbe: Vannak más kihívások, amelyekkel szeretne foglalkozni?
Prof. Ohta:
"Miközben tervezem, hogy folytatom a jelenlegi kutatásaimat, személy szerint egy "termikus kijelzőt" szeretnék kifejleszteni Amikor erről beszélek az emberekkel, gyakran mondják, hogy "nem egészen értem" De ez az én elképzelésem a "termikus kijelzőről".":
Olyan kapcsolót szeretnék kifejleszteni, amely képes megváltoztatni a hőátbocsátó képességet. Képzeljük el a szöveg minden egyes pixelét (7. ábra) hőkapcsolóként. A narancssárga rész egy olyan kapcsolót jelképez, amely a hőt könnyen átengedi, míg a fekete rész egy olyan területet, ahol a hő nem jut át. Ebben a tartályban olvadt forró vas van. Ez az olvadt vas a hőforrás, és a kijelző infravörös technikát használ.
Olyan technológiát szeretnék kifejleszteni, amely a kibocsátott hőt felhasználja a képernyőn való megjelenítésre. A hőmérséklet ebben az (ábrázolt) helyiségben feltételezhetően 100°C. Úgy gondolom, hogy tipikusan ilyen környezetbe nem lehetne tévét vagy kijelzőt elhelyezni. Az LCD-k és az OLED-k nem működnének, és olyan forgatókönyvet képzelek el, amelyben az emberek nem tudnak ilyen környezetben dolgozni.
Ebben a környezetben csak robotok működhetnek. Ezek a robotok infravörös jeleket rögzítenének, és a képernyőn megjelenő utasítások szerint mozognának. Nem vagyok benne biztos, hogy ez valaha is megvalósul, de remélem, hogy sikerül egy ilyen "hőkijelzőt" kifejleszteni Amikor azonban szakértőkkel beszélek erről, nem értik, ezért megkértem egy grafikust, hogy készítse el ezt a képet. (nevet) Próbáltam mesterséges intelligenciát is használni (például a ChatGPT-t) a kép létrehozásához, de az nem egészen felelt meg az elképzelésemnek."
Tanácsok a jövőbeli PicoTR felhasználóknak
NETZSCH: Ha adhatna tanácsot vagy óvatosságra intő pontokat valakinek, aki a PicoTR bevezetését fontolgatja, mi lenne az?
Prof. Ohta:
"Ami a minták kiválasztását illeti a PicoTR, az általunk használt vékony minták tökéletesek. Nem hiszem azonban, hogy a PicoTR jól működne vastagabb vagy kiemelkedő felületi érdességű minták esetében. Néha kapunk felkéréseket, hogy a PicoTR segítségével mérjünk mintákat, és amikor megnézem a beküldött mintákat, gyakran jelentős felületi érdességgel rendelkeznek. Ezért, ha a PicoTR bevezetése mellett dönt, azt javaslom, hogy vékony, sima felületű mintákat használjunk."
NETZSCH: Köszönjük szépen ezeket az érdekes meglátásokat, Ohta professzor úr! Büszkén támogatjuk kutatásait a PicoTR analizátorunkkal. Sőt, vastagabb minták méréséhez ajánljuk a mi Lézer-villanás analizátorunkat. 😉
Tudjon meg többet a NETZSCH termékekről a termofizikai tulajdonságok teszteléséhez
