고객 성공 사례
열 트랜지스터 연구의 획기적인 발전 지원
열 트랜지스터 연구의 획기적인 발전: 홋카이도 대학이 NETZSCH PicoTR 사용하여 박막 측정의 한계를 뛰어넘는 방법 알아보기
홋카이도 대학의 히로미치 오타 교수와 그의 팀은 고체 전기화학 열 트랜지스터 연구의 최전선에 서 있습니다. 이들은 NETZSCH PicoTR 분석기를 사용하여 차세대 열 관리 기술을 실현하기 위한 핵심 단계인 초박막의 열물리학적 특성을 정밀하게 측정할 수 있습니다.
이 고객 성공 사례에서는 오랜 고객인 히로미치 오타 교수를 인터뷰합니다. 히로미치 오타일본 홋카이도 대학 전자 과학 연구소 소장인 히로미치 오타 교수를 인터뷰했습니다. 그는 열 트랜지스터에 적용된 박막을 측정하기 위해 NETZSCH PicoTR 장비를 사용합니다. 그의 홋카이도 대학 연구실은 고체 전기화학 열 트랜지스터를 최초로 개발했습니다.
인터뷰는 나루미 후쿠다와 카즈코 이시카와가 진행했습니다 (NETZSCH 일본)
인터뷰 대상자, 오타 히로미치 교수 소개
오타 히로미치 (그림 1)는 1971년생입니다. 1994년 3월 사이타마 대학 공학부를 졸업했습니다. 1996년 3월 나고야대학교 공학대학원에서 응용화학 석사 학위를 취득한 후 산요전기 소프트 에너지 기술 개발 연구소에서 연구원으로 근무했으며, HOYA 주식회사 첨단기술연구소에서 연구원으로 근무했습니다. 또한 ERATO 호소노 투명 전기 활성 재료 프로젝트의 그룹 리더를 역임했습니다.
2003년에는 나고야대학교 공학대학원의 부교수가 되었습니다. 2012년에는 홋카이도대학교 전자과학연구소의 교수가 되어 현재까지도 교수직을 유지하고 있습니다. 2025년부터는 전자과학연구소의 소장으로 재직하고 있습니다. 도쿄공업대학에서 공학 박사 학위를 취득(2001)했습니다.
주요 연구 분야는 열 트랜지스터(열 스위치), 열전 변환 재료, 산화물 박막 트랜지스터 등입니다. 그는 280편 이상의 동료 심사 저널 논문을 저술했으며, 이 논문은 24,800회 이상 인용되어 H-지수 61을 기록했습니다.
전자과학연구소(RIES) 소개
홋카이도 대학 전자과학연구소(RIES)는 1943년 초단파 연구소로 설립되었습니다(그림 2). 이후 응용 전기 연구소가 되었다가 1993년 현재의 명칭을 채택했습니다. RIES는 최첨단 연구와 교육을 통해 전자 과학의 발전에 지속적으로 기여하고 있습니다.
RIES는 광자 및 광학과학부, 재료 및 분자과학부, 생명과학부의 세 가지 주요 연구 부서로 구성되어 있습니다. 또한 녹색 나노기술 연구센터와 사회 창의성을 위한 수학 연구센터가 있습니다.
왜 NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: 오타 교수님, 연구를 위해 NETZSCH 기기를 선택하신 이유는 무엇인가요? 분석 목표와 결정에 영향을 준 주요 요인에 대해 조금 더 자세히 알려주세요.
오타 교수:
"저는 오랫동안 박막을 연구해 왔습니다. 열전 변환 기술에서는 열전도도 측정이 필수적입니다. 열전도도 측정기를 개발하기 전에는 PicoTR를 개발하기 전에는 "박막 측정은 어렵다", "전문 인력만 측정할 수 있다", "박막을 측정할 수 있는 기기가 없다"고 생각했습니다
주변에서 종종 조언을 해주곤 했습니다: "3오메가 방식으로 측정하면 어떨까요?"라는 조언을 하곤 했습니다 하지만 금속 미세 라인 패터닝 기술이 없으면 불가능하다는 인식이 강했습니다.
그런데 PicoTR 이 출시되자마자 "이 장비는 박막을 측정할 수 있을 것 같다"는 소문이 돌기 시작했습니다 당시 우연히 신청했던 연구비가 확보되어 PicoTR (그림 3)을 사용해 보기로 하고 우리 연구소에 도입했습니다. 그리고 성공했습니다!
현재 저는 고체 전기화학 열 트랜지스터 개발을 위한 박막을 연구하고 있습니다. PicoTR 이 박막을 측정하는 데 완벽하게 적합하다고 생각합니다."
차이를 만드는 고유한 기능
NETZSCH: PicoTR 시스템에서 특정 애플리케이션에 특히 유용한 기능이 있나요?
오타 교수:
" PicoTR 의 독특한 기능 중 하나는 50나노초의 지연 시간입니다. 국제 컨퍼런스에서 이 데이터를 발표했을 때 "실수한 것 아니냐?"는 질문을 자주 받았습니다 5나노초가 되어야 하지 않나요?"라는 질문을 받곤 했습니다 다른 연구소의 연구원들은 지연 시간이 5나노초 정도밖에 안 되는 장치를 가지고 있는 것 같았습니다.
FF 모드에서 측정하고 가로축의 지연 시간을 취하면 열반사율 신호의 감쇠를 관찰할 수 있습니다(그림 4). 하지만 50나노초까지 측정했을 때 처음으로 관찰할 수 있는 데이터가 있었습니다. 따라서 5나노초까지만 볼 수 있는 장치로 측정하는 것은 조금 불편하다고 느꼈습니다."
아래 그림에서 파란색 선은 PicoTR 에서 측정한 데이터를 나타내고 빨간색 선은 분석을 위해 피팅한 데이터를 나타냅니다(그림 5). 실제 측정과 피팅이 50나노초까지 일치한다면 분석 결과의 값이 정확하다는 것을 알 수 있습니다. 만약 5나노초까지만 측정할 수 있다면 결과에 약간의 불확실성이 있을 것입니다. 따라서 50 나노초까지 측정할 수 있다는 점이 PicoTR 의 큰 강점 중 하나라고 생각합니다.
오타 교수:
"해외에서 강연을 할 때마다 홍콩, 중국, 한국 등 다양한 곳에서 교사나 교수로 활약하고 있는 비슷한 시스템을 사용하고 있는 학생들이 청중석에 항상 있습니다. 제 데이터를 보면 항상 놀라워하며 "50나노초라고요?"라고 묻곤 합니다 0이 하나 더 있는 거 아니에요?"라고 묻습니다. PicoTR 열반사율 신호를 50나노초까지 관찰할 수 있다는 점이 정말 대단하다고 생각합니다.
또 다른 장점은 심층적인 지식이 없어도 NETZSCH 시스템을 조작할 수 있다는 점입니다. 저는 열 분석에 대한 지식이 많지 않아서 누가 박막 열 분석 장비를 만들라고 하고 부품을 준다고 해도 절대 할 수 없었어요. (웃음)
열분석을 전문으로 하는 연구원이나 엔지니어들은 직접 부품을 수집하고 계측기를 제작하고 측정을 수행하는 경우가 많습니다. 따라서 TDTR(시간 영역 열반사율) 장 치는 일반적으로 부피가 훨씬 크고 최대 5나노초까지만 측정할 수 있습니다. 하지만 PicoTR 는 컴팩트한 디자인으로 클릭 한 번으로 데이터를 얻을 수 있습니다."
댓글 작성자 NETZSCH: 말씀하신 것처럼 TDTR 광학 지연으로 작업하는 사람들은 종종 공간에서 레이저 빔을 정렬하는 데 어려움을 겪는데, 이는 매우 까다로울 수 있습니다. 전기 지연이 있는 PicoTR 이 상용화될 수 있었던 이유 중 하나는 정렬이 훨씬 쉬워졌기 때문이라고 생각합니다.
실험실 데이터에서 실제 영향력까지
NETZSCH: 분석 결과가 연구에 어떤 영향을 미쳤나요? 새로운 통찰력을 얻을 수 있었나요, 아니면 완전히 새로운 발전이 있었나요?
오타 교수님:
"고체 전기 화학 열 트랜지스터를 시장에 내놓을 수 없었을 것이라고 생각합니다 PicoTR.
열 트랜지스터 연구에서는 열 트랜지스터를 반복적으로 켜고 끄면서 열 전도도가 어떻게 변하는지를 측정해야 합니다. 처음 논문을 제출할 때 10회 반복 실행하여 10개의 측정값을 얻을 수 있었기 때문에 그 데이터로 논문을 제출했습니다.
그런데 최근 논문을 검토하는 과정에서 "10을 6(100만)의 거듭제곱으로 측정해 달라"는 요청을 받았습니다 당연히 불합리하다고 생각해서 100배로 줄여야 했습니다. 100배도 상당히 어려웠습니다. 결국 저는 10회에 한 번씩 PicoTR 으로 측정하기로 결정했습니다. 이 경험을 바탕으로 PicoTR 가 우수한 성능을 유지하면서 열전도율 변화를 예측할 수 있다면 좋을 것 같다는 생각이 들었습니다."
미래를 위한 비전: "열 디스플레이"
NETZSCH: 앞으로의 미래를 살펴봅시다: 해결하고 싶은 다른 과제가 있나요?
오타 교수:
"현재 연구를 계속할 계획이지만 개인적으로는 "열 디스플레이"를 개발하고 싶습니다." 사람들에게 이 이야기를 하면 "잘 모르겠다"고 말하는 경우가 많습니다 하지만 이것이 바로 '열 디스플레이'에 대한 저의 비전입니다:
열 투과율을 바꿀 수 있는 스위치를 개발하고 싶습니다. 텍스트의 각 픽셀(그림 7)을 열 스위치라고 상상해 보세요. 주황색 부분은 열이 쉽게 통과하는 스위치를 나타내고 검은색 부분은 열이 통과하지 못하는 영역을 나타냅니다. 이 용기 안에는 녹은 뜨거운 철이 들어 있습니다. 이 쇳물이 열원이고 디스플레이는 적외선 기술을 사용합니다.
여기서 방출되는 열을 이용해 화면에 표시할 수 있는 기술을 개발하고 싶습니다. 이 (그림) 방의 온도는 100°C라고 가정합니다. 일반적으로 이런 환경에서는 TV나 디스플레이를 놓을 수 없을 것 같습니다. LCD와 OLED는 작동하지 않을 것이고, 사람이 그런 환경에서 일할 수 없는 시나리오를 상상해 봅니다.
이런 환경에서는 로봇만이 작동할 수 있습니다. 이 로봇은 적외선 신호를 포착하고 화면에 표시된 지시에 따라 움직일 것입니다. 이것이 실현될 수 있을지는 모르겠지만 저는 이런 종류의 "열 디스플레이"를 개발하고 싶습니다 하지만 전문가들에게 물어보면 잘 몰라서 그래픽 디자이너에게 부탁해 이 이미지를 만들었습니다. (웃음) ChatGPT와 같은 AI를 사용해 이미지를 만들어보기도 했지만 제 비전과는 맞지 않았습니다."
향후 PicoTR 사용자를 위한 조언
NETZSCH: PicoTR , 도입을 고려하는 사람에게 조언이나 주의할 점을 알려주신다면 어떤 것이 있을까요?
오타 교수:
"샘플 선택과 관련해서는 PicoTR에 사용하는 얇은 샘플은 완벽합니다. 그러나 두꺼운 시료나 표면 거칠기가 두드러진 시료에는 PicoTR 이 잘 작동하지 않는다고 생각합니다. 가끔 PicoTR 를 사용하여 샘플을 측정해 달라는 요청을 받는데, 보내온 샘플을 보면 표면 거칠기가 상당히 심한 경우가 많습니다. 따라서 PicoTR 을 도입하기로 결정했다면 표면이 매끄러운 얇은 샘플을 사용하는 것이 좋습니다."
NETZSCH: 흥미로운 인사이트를 제공해 주셔서 감사합니다, 오타 교수님! 저희는 PicoTR 분석기로 교수님의 연구를 지원하게 되어 자랑스럽게 생각합니다. 또한, 두꺼운 시료를 측정할 때는 레이저 플래시 분석기. 😉
