STORIA DI SUCCESSO DEL CLIENTE
Consentire progressi nella ricerca sui transistor termici
Consentire progressi nella ricerca sui transistor termici: Scoprite come l'Università di Hokkaido utilizza il sito NETZSCH PicoTR per superare i limiti della misurazione dei film sottili
All'Università di Hokkaido, il Prof. Hiromichi Ohta e il suo team sono all'avanguardia nella ricerca sui transistor termici elettrochimici a stato solido. Utilizzando l'analizzatore NETZSCH PicoTR , possono misurare con precisione le proprietà termofisiche di film ultrasottili, un passo fondamentale per realizzare tecnologie di gestione termica di prossima generazione.
In questa storia di successo del cliente, intervistiamo il nostro cliente di lunga data, il prof. Hiromichi Ohtadirettore dell'Istituto di Ricerca per le Scienze Elettroniche dell'Università di Hokkaido, in Giappone. Egli utilizza lo strumentoNETZSCH PicoTR per misurare i film sottili applicati ai transistor termici. Il suo laboratorio di ricerca presso l'Università di Hokkaido è stato il primo a sviluppare transistor termici elettrochimici a stato solido.
L'intervista è stata condotta da Narumi Fukuda e Kazuko Ishikawa (NETZSCH Giappone)
Informazioni sull'intervistato, Prof. Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (figura 1) è nato nel 1971. Si è laureato presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università di Saitama nel marzo 1994. Dopo aver conseguito il master in chimica applicata presso la Graduate School of Engineering dell'Università di Nagoya nel marzo 1996, ha lavorato come ricercatore presso il Soft Energy Technology Development Laboratory di Sanyo Electric Co. Ltd. e come ricercatore presso il R&D Center for Advanced Technology di HOYA Corporation. È stato inoltre capogruppo del progetto ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials.
Nel 2003 è diventato professore associato presso la Scuola di Ingegneria dell'Università di Nagoya. Nel 2012 è diventato professore presso l 'Istituto di ricerca per le scienze elettroniche dell'Università di Hokkaido, posizione che ricopre tuttora. Dal 2025 è direttore dell 'Istituto di ricerca per le scienze elettroniche. Ha conseguito un dottorato di ricerca in ingegneria presso il Tokyo Institute of Technology (2001).
I suoi principali campi di ricerca comprendono i transistor termici (interruttori termici), i materiali di conversione termoelettrica e i transistor a film sottile di ossido. È autore di oltre 280 articoli su riviste con revisione paritaria, che sono stati citati più di 24.800 volte, con un indice H pari a 61.
Informazioni sull'Istituto di ricerca per le scienze elettroniche (RIES)
L'Istituto di Ricerca per le Scienze Elettroniche (RIES) dell'Università di Hokkaido (figura 2) è stato originariamente fondato nel 1943 come Istituto di Ricerca sulle Onde Ultra Corte. In seguito è diventato l'Istituto di Elettricità Applicata prima di adottare il nome attuale nel 1993. Attraverso la ricerca e l'istruzione all'avanguardia, il RIES continua a contribuire al progresso della scienza elettronica.
Il RIES è composto da tre divisioni di ricerca principali: la Divisione di fotonica e scienze ottiche, la Divisione di scienze materiali e molecolari e la Divisione di scienze biologiche. Inoltre, ospita il Centro di ricerca sulle nanotecnologie verdi e il Centro di ricerca sulla matematica per la creatività sociale.
Perché NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Prof. Ohta, perché ha scelto uno strumento NETZSCH per la sua ricerca? Ci dica qualcosa di più sui suoi obiettivi di analisi e sui fattori chiave che hanno influenzato la sua decisione.
Prof. Ohta:
"Da molto tempo mi occupo di ricerca sui film sottili. Quando si tratta di tecnologia di conversione termoelettrica, la misurazione della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica è essenziale. Prima dello sviluppo della tecnologia PicoTR, pensavo: "Misurare i film sottili è difficile", "Solo persone specializzate possono misurarli" e "Non c'erano dispositivi disponibili per misurare i film sottili"
Spesso mi consigliavano: "Perché non misurare con il metodo dei 3 omega?" Ma c'era la forte percezione che questo sarebbe stato impossibile senza la tecnologia di modellazione a linea fine del metallo.
Tuttavia, quando è stato rilasciato il sito PicoTR, ne ho subito sentito parlare, e c'erano voci che dicevano: "Questo dispositivo sembra essere in grado di misurare film sottili" In quel periodo, mi è capitato di ottenere una borsa di studio per la ricerca che avevo richiesto, così ho deciso di provare a utilizzare PicoTR (figura 3) e l'ho introdotto nel nostro istituto. Con successo!
Oggi sto facendo ricerca sui film sottili per sviluppare transistor termici elettrochimici a stato solido. Credo che PicoTR sia perfettamente adatto a misurarli"
Caratteristiche uniche che fanno la differenza
NETZSCH: Ci sono caratteristiche del sistema PicoTR che utilizzate che sono particolarmente utili per la vostra applicazione specifica?
Prof. OHTA:
"Una delle caratteristiche uniche del sistema PicoTR è il suo tempo di ritardo di 50 nanosecondi. Quando ho presentato questi dati a una conferenza internazionale, mi è stato spesso chiesto: "Non è un errore? Non dovrebbe essere di 5 nanosecondi?" I ricercatori di altri istituti sembrano avere solo dispositivi con un tempo di ritardo di circa 5 nanosecondi.
Quando si misura in modalità FF e si prende il tempo di ritardo sull'asse orizzontale, si può osservare il decadimento del segnale di termoriflettanza (figura 4). Tuttavia, è stato possibile osservare per la prima volta dei dati misurando fino a 50 nanosecondi. Pertanto, ho ritenuto un po' scomodo effettuare le misure con un dispositivo che può vedere solo fino a 5 nanosecondi"
Nella figura seguente, la linea blu mostra i dati misurati da PicoTR, mentre la linea rossa mostra i dati adattati per l'analisi (figura 5). Se la misura effettiva e l'adattamento corrispondono fino a 50 nanosecondi, è ovvio che il valore del risultato dell'analisi è corretto. Se fosse in grado di misurare solo fino a 5 nanosecondi, ci sarebbe una certa incertezza nei risultati. Pertanto, ritengo che la capacità di misurare fino a 50 nanosecondi sia uno dei grandi punti di forza di PicoTR.
Prof. Ohta:
"Ogni volta che tengo conferenze all'estero, tra il pubblico ci sono sempre studenti che utilizzano sistemi simili e che sono attivi come insegnanti e professori in vari luoghi, tra cui Hong Kong, Cina e Corea. Quando vedono i miei dati, sono sempre sorpresi e dicono: "50 nanosecondi? Non c'è uno zero in più?". Penso che sia fantastico che il sito PicoTR possa osservare il segnale di TermoreflettanzaLa termoriflettanza è un metodo per determinare la diffusività termica e la conduttività termica di film sottili con spessori dell'ordine dei nanometri.termoreflettanza fino a 50 nanosecondi.
Un altro vantaggio è che è possibile utilizzare il sistema NETZSCH anche senza conoscenze approfondite. Non ho molte conoscenze sull'analisi termica, quindi anche se qualcuno mi dicesse di costruire uno strumento di analisi termica per film sottili e mi desse i pezzi, non sarei mai in grado di farlo. (Ride)
I ricercatori e gli ingegneri specializzati in analisi termica spesso raccolgono i pezzi, costruiscono gli strumenti ed eseguono le misure da soli. Quindi, i dispositivi TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) sono solitamente molto più ingombranti e misurano solo fino a 5 nanosecondi. Tuttavia, PicoTR, con il suo design compatto, consente di ottenere dati con un semplice clic."
Commento di NETZSCH: Come lei ha detto, coloro che lavorano con il ritardo ottico TDTR spesso lottano per allineare i raggi laser nello spazio, il che può essere molto impegnativo. Riteniamo che uno dei motivi per cui PicoTR con ritardo elettrico possa essere commercializzato è che il suo allineamento è molto più semplice.
Dai dati di laboratorio all'impatto sul mondo reale
NETZSCH: In che modo i risultati dell'analisi hanno influenzato la vostra ricerca? Siete riusciti a ottenere nuove conoscenze o è emerso uno sviluppo completamente nuovo?
Prof. Ohta:
"Non credo che avremmo potuto commercializzare transistor termici elettrochimici a stato solido senza THE PicoTR.
Nella ricerca sui transistor termici, è necessario accendere e spegnere ripetutamente il transistor termico e misurare le variazioni della sua Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica. Quando ho presentato il mio articolo, ho eseguito 10 ripetizioni e sono riuscito a ottenere 10 misurazioni, quindi ho presentato l'articolo con quei dati.
Tuttavia, durante il processo di revisione di un articolo più recente, mi è stato chiesto: "Per favore, misura 10 alla potenza di 6 (1 milione) volte" Ovviamente, questo è irragionevole, quindi ho dovuto ridurlo a 100 volte. Anche 100 volte è stato piuttosto impegnativo. Alla fine ho deciso di effettuare una misurazione con il sito PicoTR una volta ogni 10 prove. Sulla base di questa esperienza, mi sono reso conto che sarebbe stato fantastico se PicoTR fosse stato in grado di prevedere le variazioni della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica mantenendo le sue eccellenti prestazioni"
Una visione del futuro: Il "Display termico"
NETZSCH: Diamo uno sguardo al futuro: Ci sono altre sfide che vorrebbe affrontare?
Prof. Ohta:
"Mentre ho intenzione di continuare la mia ricerca attuale, personalmente vorrei sviluppare un "display termico" Quando ne parlo con le persone, spesso mi dicono: "Non capisco bene" Ma questa è la mia visione di un "display termico":
Voglio sviluppare un interruttore in grado di cambiare la trasmissività termica. Immaginate ogni pixel del testo (figura 7) come un interruttore termico. La parte arancione rappresenta un interruttore che permette al calore di passare facilmente, mentre la parte nera rappresenta un'area in cui il calore non passa. All'interno di questo contenitore c'è del ferro caldo fuso. Il ferro fuso è la fonte di calore e il display utilizza una tecnica a infrarossi.
Voglio sviluppare una tecnologia che possa utilizzare il calore emesso per essere visualizzato su uno schermo. Si presume che la temperatura in questa stanza (illustrata) sia di 100°C. Penso che in genere non sarebbe possibile collocare un televisore o un display in un ambiente del genere. Gli LCD e gli OLED non funzionerebbero e sto immaginando uno scenario in cui gli esseri umani non possono lavorare in questo ambiente.
In questo ambiente possono operare solo i robot. Questi robot catturano i segnali a infrarossi e si muovono in base alle istruzioni visualizzate sullo schermo. Non so se questo sarà mai realizzato, ma spero di sviluppare questo tipo di "display termico" Tuttavia, quando ne parlo con gli esperti, non capiscono, quindi ho chiesto a un grafico di creare questa immagine. (Ho anche provato a usare l'intelligenza artificiale (come ChatGPT) per creare un'immagine, ma non corrispondeva alla mia visione"
Consigli per i futuri utenti di PicoTR
NETZSCH: Se potesse dare un consiglio o un'avvertenza a chi sta pensando di introdurre il sito PicoTR, quale sarebbe?
Prof. Ohta:
"Per quanto riguarda la selezione di campioni per PicoTRi campioni sottili che utilizziamo sono perfetti. Tuttavia, non credo che PicoTR funzioni bene con i campioni più spessi o con quelli che presentano un'importante rugosità superficiale. A volte riceviamo richieste di misurare campioni utilizzando PicoTR, e quando osservo i campioni che ci inviano, spesso presentano una notevole rugosità superficiale. Quindi, se si decide di introdurre PicoTR, consiglio di utilizzare campioni sottili con superfici lisce"
NETZSCH: Grazie mille per questi interessanti approfondimenti, Prof. Ohta! Siamo orgogliosi di sostenere la sua ricerca con il nostro analizzatore PicoTR. Inoltre, per la misurazione di campioni più spessi, possiamo consigliare il nostro analizzatore Analizzatore Laser-Flash. 😉
Ulteriori informazioni sui prodotti NETZSCH per la verifica delle proprietà termofisiche
