お客様のサクセスストーリー
サーマルトランジスタ研究のブレークスルーを可能にする
サーマルトランジスタ研究のブレークスルーを可能に：北海道大学が薄膜測定の限界に挑戦するためにNETZSCH PicoTR をどのように使用しているかをご覧ください。
北海道大学では、太田弘道教授とそのチームが固体電気化学サーマルトランジスタの研究の最前線にいる。NETZSCH PicoTR アナライザーを用いることで、超薄膜の熱物性を精密に測定することができ、次世代のサーマルマネージメント技術の実現に向けた重要な一歩となる。
このサクセスストーリーでは、当社の長期顧客である太田弘道教授にインタビューしています。 太田弘道教授北海道大学電子科学研究所所長。 太田教授は、サーマルトランジスタに応用される薄膜の測定にNETZSCH PicoTR 装置を使用している。北海道大学での彼の研究室は、固体電気化学サーマルトランジスタを最初に開発した。
インタビューは福田成美と石川和子(NETZSCH 日本)によって行われた。
インタビューした太田弘道教授について
太田弘道（図1）1971年生まれ。1994年3月埼玉大学工学部卒業。1996年3月名古屋大学大学院工学研究科応用化学専攻修士課程修了後、三洋電機株式会社ソフトエネルギー技術開発研究所研究員、HOYA株式会社先端技術研究開発センター研究員を経て、2000年より現職。ERATO細野透明電気活性材料プロジェクトのグループリーダーも務める。
2003年名古屋大学大学院工学研究科助教授。2012年、北海道大学電子科学研究所教授に就任し、現在に至る。2025年より電子科学研究所長。2001年東京工業大学工学博士。
主な研究分野はサーマルトランジスタ（熱スイッチ）、熱電変換材料、酸化物薄膜トランジスタなど。これまでに280以上の査読付きジャーナル論文を執筆し、24,800回以上引用され、Hインデックスは61。
電子科学研究所（RIES）について
北海道大学電子科学研究所（RIES）は、1943年に超短波研究所として設立された。その後、応用電気研究所を経て、1993年に現在の名称となりました。RIESは、最先端の研究と教育を通じて、電子科学の発展に貢献し続けています。
RIESは、光科学研究部門、物質分子科学研究部門、生命科学研究部門の3つの研究部門から構成されている。また、グリーンナノテクノロジー研究センター、社会創造数理研究センターも併設しています。
NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH:太田先生、なぜNETZSCH の装置を研究に選んだのですか？また、分析の目的や決定に影響を与えた主な要因についても教えてください。
太田教授：
「私は長い間、薄膜の研究をしてきました。熱電変換技術に関しては、熱伝導率の測定が不可欠です。熱電変換技術が開発される前は PicoTR薄膜の測定は難しい」「専門の人しか測定できない」「測定できる装置がない」と思っていました。
よく人からアドバイスされた："3メガ法で測ればいいじゃないか"。しかし、それは金属の微細パターニング技術がなければ不可能だという認識が強かった。
しかし、PicoTR が発売されると、すぐにその噂を耳にし、"この装置なら薄膜が測れるらしい "と噂になりました。その時、たまたま申請していた研究助成金を獲得できたので、PicoTR （図3）を使ってみることにして、研究所に導入した。成功しました！
現在、私は固体電気化学サーマルトランジスタを開発するために薄膜の研究をしています。PicoTR はその測定に完璧に適していると思います。"
違いを生むユニークな特徴
NETZSCH:太田教授が使用されているPicoTR システムの特徴で、特定の用途に特に有用なものはありますか？
太田教授：
「PicoTR の特徴のひとつは、50ナノ秒という遅延時間です。このデータを国際学会で発表したとき、よく聞かれました。5ナノ秒でいいのでは？"とよく聞かれた。他の研究機関の研究者は、遅延時間が5ナノ秒程度の装置しか持っていないようだ。
FFモードで測定し、遅延時間を横軸にとると、サーモリフレクタンス信号の減衰が観察できる（図4）。しかし、50ナノ秒までの測定で初めて観測できるデータがあった。したがって、5ナノ秒までしか見えない装置で測定するのは少し不便だと感じました。"
下図では、青い線がPicoTR で測定したデータ、赤い線が解析のためにフィッティングしたデータ（図5）である。実測とフィッティングが50ナノ秒まで一致すれば、解析結果の値が正しいことは明らかである。もし、5ナノ秒までしか測定できなければ、結果に不確実性が生じる。したがって、50ナノ秒まで測定できることが、PicoTR の大きな強みだと思います。
太田教授：
「海外で講演をすると、必ず聴衆の中に同じようなシステムを使っていて、香港、中国、韓国など各地で教員や教授として活躍している学生たちがいます。私のデータを見ると、彼らはいつも驚いて、「50ナノ秒！？ゼロが1つ余ってない？」と驚かれます。私は、PicoTR 、50ナノ秒までのサーモリフレクタンス信号を観測できることが素晴らしいと思います。
もう一つの利点は、深い知識がなくてもNETZSCH システムを操作できることです。私は熱分析の知識があまりないので、「薄膜用の熱分析装置を作れ」と言われて部品をもらっても、絶対にできません（笑）。(と笑う。）
熱分析を専門とする研究者や技術者は、自分で部品を集め、装置を作り、測定を行うことが多い。そのため、TDTR（時間領域サーモリフレクタンス）装置は通常、もっとかさばり、5ナノ秒までしか測定できない。しかし、PicoTR はコンパクトな設計で、クリックするだけでデータを取得できます。"
コメント byNETZSCH ：ご指摘の通り、TDTRの光遅延を扱う人々は、しばしば空間内のレーザービームの位置合わせに苦労します。私たちは、電気遅延を使ったPicoTR が製品化できる理由の一つは、そのアライメントがはるかに簡単だからだと考えています。
実験室データから実社会へのインパクトへ
NETZSCH:分析結果はあなたの研究にどのような影響を与えましたか？新たな知見を得ることができたのでしょうか、それともまったく新しい展開が生まれたのでしょうか？
太田教授
固体電気化学サーマルトランジスタを市場に送り出すことができたのは、『THE-Electrochemical Thermal Transistor』があったからだと思います。 PicoTR.
サーマルトランジスタの研究では、サーマルトランジスタのオン・オフを繰り返し、熱伝導率がどのように変化するかを測定する必要があります。最初に論文を投稿したときは、10回の繰り返し運転を行い、10回の測定値を得ることができたので、そのデータで論文を投稿しました。
ところが、最近の論文の査読過程で、"10の6乗（100万）回測定してください "と言われた。明らかに無理があるので、100回に減らさなければならなかった。100倍でもかなり難しかった。結局、10回に1回、PicoTR 。この経験から、PicoTR 、その優れた性能を維持したまま熱伝導率の変化を予測することができれば素晴らしいと思いました。"
未来へのビジョン："サーマルディスプレイ"
NETZSCH:将来について考えてみましょう：他に取り組んでみたい課題はありますか？
太田教授：
「今の研究は続けていくつもりですが、個人的には "サーマルディスプレイ "を開発したいと思っています。この話をすると、よく "よくわからない "と言われます。でも、これが僕の考える "サーマルディスプレイ "なんです：
熱透過率を変化させることができるスイッチを開発したい。テキスト（図7）の各ピクセルを熱スイッチと想像してください。オレンジ色の部分は熱を通しやすいスイッチ、黒い部分は熱を通さない部分を表しています。この容器の中には溶けた高温の鉄が入っている。この溶けた鉄が熱源で、ディスプレイには赤外線の技術が使われている。
私は、放出される熱を利用してスクリーンに表示する技術を開発したい。この（図の）部屋の温度は100℃と仮定しています。一般的に、このような環境にテレビやディスプレイを置くことはできないと思います。LCDやOLEDは機能しないだろうし、人間がその環境で働くことができないシナリオを想像している。
このような環境では、ロボットだけが活動できる。ロボットは赤外線信号をキャッチし、スクリーンに表示される指示に従って動く。実現するかどうかはわかりませんが、私はこのような "サーマルディスプレイ "を開発したいと思っています。ただ、専門スタッフに話しても理解してもらえないので、この画像はグラフィックデザイナーにお願いしました（笑）。(笑）AI（ChatGPTのようなもの）を使って画像を作ってみたりもしましたが、なかなかイメージに合いませんでした。"
今後のユーザーへのアドバイスPicoTR
NETZSCH:PicoTR 導入を検討している人にアドバイスや注意点をあげるとしたら？
太田教授：
「導入する試料の選定について。 PicoTR私たちが使っている薄い試料は完璧です。しかし、厚い試料や表面粗さの目立つ試料では、PicoTR 。時々、PicoTR を使って試料を測定してほしいという依頼がありますが、送られてきた試料を見ると、表面粗さが目立つことが多いです。ですから、PicoTR を導入する場合は、表面が滑らかな薄い試料を使用することをお勧めします。"
NETZSCH:太田教授、興味深い考察をありがとうございました！太田先生のご研究を当社の分析装置（PicoTR ）でサポートできることを誇りに思います。また、厚い試料の測定には、弊社の フラッシュアナライザー. 😉
