Historia sukcesu klienta
Przełom w badaniach nad tranzystorami termicznymi
Przełom w badaniach nad tranzystorami termicznymi: Dowiedz się, jak Uniwersytet Hokkaido wykorzystuje NETZSCH PicoTR do przesuwania granic pomiarów cienkowarstwowych
Prof. Hiromichi Ohta i jego zespół z Uniwersytetu Hokkaido przodują w badaniach nad półprzewodnikowymi elektrochemicznymi tranzystorami termicznymi. Korzystając z analizatora NETZSCH PicoTR , mogą precyzyjnie mierzyć właściwości termofizyczne ultracienkich warstw - kluczowy krok w kierunku realizacji technologii zarządzania ciepłem nowej generacji.
W tej historii sukcesu klienta przeprowadzamy wywiad z naszym wieloletnim klientem, prof. Hiromichi Ohtahiromichi Ohta, dyrektorem Instytutu Badawczego Nauk Elektronicznych na Uniwersytecie Hokkaido w Japonii. Używa on przyrząduNETZSCH PicoTR do pomiaru cienkich warstw stosowanych w tranzystorach termicznych. Jego laboratorium badawcze na Uniwersytecie Hokkaido jako pierwsze opracowało półprzewodnikowe elektrochemiczne tranzystory termiczne.
Wywiad przeprowadziły Narumi Fukuda i Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japonia)
O rozmówcy, profesorze Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (rysunek 1) urodził się w 1971 roku. Ukończył Wydział Inżynierii na Uniwersytecie Saitama w marcu 1994 roku. Po uzyskaniu tytułu magistra chemii stosowanej na Graduate School of Engineering Uniwersytetu Nagoya w marcu 1996 r., pracował jako badacz w Laboratorium Rozwoju Technologii Miękkiej Energii Sanyo Electric Co., Ltd., a także jako badacz w Centrum Badań i Rozwoju Zaawansowanych Technologii HOYA Corporation. Pełnił również funkcję lidera grupy w projekcie ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials.
W 2003 roku został profesorem nadzwyczajnym w Graduate School of Engineering Uniwersytetu Nagoya. W 2012 r. został profesorem w Instytucie Badawczym Nauk Elektronicznych Uniwersytetu Hokkaido, którą to funkcję pełni do dziś. Od 2025 r. pełni funkcję dyrektora Instytutu Badawczego Nauk Elektronicznych. Posiada tytuł doktora inżynierii uzyskany w Tokijskim Instytucie Technologii (2001).
Jego główne obszary badawcze obejmują tranzystory termiczne (przełączniki termiczne), materiały do konwersji termoelektrycznej i cienkowarstwowe tranzystory tlenkowe. Jest autorem ponad 280 recenzowanych artykułów, które były cytowane ponad 24 800 razy, z indeksem H wynoszącym 61.
Informacje o Instytucie Badawczym Nauk Elektronicznych (RIES)
Research Institute for Electronic Science (RIES) na Uniwersytecie Hokkaido (rysunek 2) został pierwotnie założony w 1943 roku jako Ultra Shortwave Research Institute. Później stał się Instytutem Elektryczności Stosowanej, a następnie przyjął obecną nazwę w 1993 roku. Dzięki najnowocześniejszym badaniom i edukacji, RIES nadal przyczynia się do rozwoju nauk elektronicznych.
RIES składa się z trzech głównych działów badawczych: Działu Fotoniki i Nauk Optycznych, Działu Nauk Materiałowych i Molekularnych oraz Działu Nauk Przyrodniczych. Ponadto mieści się tu Centrum Badawcze Zielonej Nanotechnologii oraz Centrum Badawcze Matematyki dla Kreatywności Społecznej.
Dlaczego NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Prof. Ohta, dlaczego wybrał Pan instrument NETZSCH do swoich badań? Opowiedz nam trochę więcej o swoich celach analitycznych i kluczowych czynnikach, które wpłynęły na Twoją decyzję.
Prof. Ohta:
"Od dłuższego czasu zajmuję się badaniem cienkich warstw. Jeśli chodzi o technologię konwersji termoelektrycznej, pomiar przewodności cieplnej jest niezbędny. Przed opracowaniem technologii PicoTRmyślałem: "Pomiar cienkich warstw jest trudny", "Tylko wyspecjalizowani ludzie mogą je mierzyć" i "Nie było dostępnych urządzeń do pomiaru cienkich warstw"
Ludzie często radzili mi: "Dlaczego nie mierzyć metodą 3-omega?" Istniało jednak silne przekonanie, że byłoby to niemożliwe bez technologii wzorcowania cienkich linii metalu.
Jednakże, kiedy PicoTR został wydany, szybko o nim usłyszałem i pojawiły się plotki mówiące: "To urządzenie wydaje się być w stanie mierzyć cienkie warstwy" W tym czasie udało mi się zdobyć grant badawczy, o który się ubiegałem, więc postanowiłem wypróbować urządzenie PicoTR (rysunek 3) i wprowadziłem je w naszym instytucie. Z sukcesem!
Obecnie prowadzę badania nad cienkimi warstwami w celu opracowania półprzewodnikowych elektrochemicznych tranzystorów termicznych. Uważam, że PicoTR doskonale nadaje się do ich pomiaru"
Unikalne funkcje, które robią różnicę
NETZSCH: Czy są jakieś cechy systemu PicoTR, których używasz, a które są szczególnie przydatne w Twoim konkretnym zastosowaniu?
Prof. OHTA:
"Jedną z unikalnych cech systemu PicoTR jest czas opóźnienia wynoszący 50 nanosekund. Kiedy prezentowałem te dane na międzynarodowej konferencji, często pytano mnie: "Czy to nie pomyłka? Czy nie powinno być 5 nanosekund?" Wydaje się, że badacze z innych instytutów dysponują urządzeniami o czasie opóźnienia wynoszącym około 5 nanosekund.
Podczas pomiaru w trybie FF i pomiaru czasu opóźnienia na osi poziomej można zaobserwować zanik sygnału termorefleksji (rysunek 4). Istniały jednak dane, które można było zaobserwować po raz pierwszy przy pomiarze do 50 nanosekund. Dlatego uważałem, że wykonywanie pomiarów za pomocą urządzenia, które może widzieć tylko do 5 nanosekund, jest trochę niewygodne"
Na poniższym rysunku niebieska linia pokazuje dane zmierzone przez PicoTR, a czerwona linia pokazuje dane dopasowane do analizy (rysunek 5). Jeśli rzeczywisty pomiar i dopasowanie są zgodne do 50 nanosekund, oczywiste jest, że wartość wyniku analizy jest prawidłowa. Gdyby pomiar był możliwy tylko do 5 nanosekund, wyniki byłyby obarczone pewną niepewnością. Dlatego uważam, że możliwość pomiaru do 50 nanosekund jest jedną z największych zalet PicoTR.
Prof. Ohta:
"Ilekroć wygłaszam wykłady za granicą, wśród słuchaczy zawsze są studenci, którzy używają podobnych systemów i którzy są aktywnymi nauczycielami i profesorami w różnych miejscach, w tym w Hongkongu, Chinach i Korei. Kiedy widzą moje dane, zawsze są zaskoczeni i mówią: "50 nanosekund! Czy nie ma tam dodatkowego zera?". Myślę, że to wspaniałe, że PicoTR może obserwować sygnał termorefleksji do 50 nanosekund.
Kolejną zaletą jest to, że można obsługiwać system NETZSCH nawet bez dogłębnej wiedzy. Nie mam zbyt dużej wiedzy na temat analizy termicznej, więc nawet gdyby ktoś kazał mi zbudować przyrząd do analizy termicznej cienkich warstw i dał mi części, nigdy nie byłbym w stanie tego zrobić. (Śmieje się)
Naukowcy i inżynierowie specjalizujący się w analizie termicznej często sami zbierają części, budują przyrządy i przeprowadzają pomiary. Tak więc urządzenia TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) są zwykle znacznie większe i mierzą tylko do 5 nanosekund. Jednak PicoTR, dzięki swojej kompaktowej konstrukcji, pozwala na uzyskanie danych za pomocą jednego kliknięcia."
Komentarz NETZSCH: Jak wspomniałeś, ci, którzy pracują z opóźnieniem optycznym TDTR, często zmagają się z wyrównaniem wiązek laserowych w przestrzeni, co może być bardzo trudne. Uważamy, że jednym z powodów, dla których PicoTR z opóźnieniem elektrycznym może zostać skomercjalizowany, jest to, że jego wyrównanie jest znacznie łatwiejsze.
Od danych laboratoryjnych do rzeczywistego wpływu
NETZSCH: Jak wyniki analizy wpłynęły na Twoje badania? Czy byłeś w stanie uzyskać nowe spostrzeżenia, czy też pojawił się zupełnie nowy rozwój?
Prof. Ohta:
"Nie sądzę, abyśmy mogli wprowadzić na rynek półprzewodnikowe elektrochemiczne tranzystory termiczne bez THE PicoTR.
W badaniach nad tranzystorami termicznymi konieczne jest wielokrotne włączanie i wyłączanie tranzystora termicznego oraz mierzenie zmian jego przewodności cieplnej. Kiedy po raz pierwszy zgłosiłem swój artykuł, wykonałem 10 powtarzalnych przebiegów i byłem w stanie uzyskać 10 pomiarów, więc zgłosiłem artykuł z tymi danymi.
Jednak podczas procesu recenzowania nowszej pracy poproszono mnie: "Proszę zmierzyć 10 do potęgi 6 (1 milion) razy" Oczywiście jest to nierozsądne, więc musiałem zmniejszyć tę liczbę do 100 razy. Nawet 100 razy było sporym wyzwaniem. Ostatecznie zdecydowałem się dokonywać pomiaru za pomocą strony PicoTR raz na 10 prób. W oparciu o to doświadczenie zdałem sobie sprawę, że byłoby wspaniale, gdyby PicoTR mógł przewidywać zmiany przewodności cieplnej, zachowując jednocześnie swoją doskonałą wydajność"
Wizja przyszłości: "Wyświetlacz termiczny"
NETZSCH: Spójrzmy w przyszłość: Czy są inne wyzwania, którymi chciałbyś się zająć?
Prof. Ohta:
"Chociaż planuję kontynuować moje obecne badania, osobiście chciałbym opracować "wyświetlacz termiczny" Kiedy rozmawiam o tym z ludźmi, często mówią: "Nie do końca rozumiem" Ale to jest moja wizja "wyświetlacza termicznego":
Chcę opracować przełącznik, który może zmieniać przenikalność cieplną. Wyobraź sobie każdy piksel tekstu (rysunek 7) jako przełącznik termiczny. Pomarańczowa część reprezentuje przełącznik, który łatwo przepuszcza ciepło, podczas gdy czarna część reprezentuje obszar, przez który ciepło nie przechodzi. Wewnątrz tego pojemnika znajduje się roztopione żelazo. To stopione żelazo jest źródłem ciepła, a wyświetlacz wykorzystuje technikę podczerwieni.
Chcę opracować technologię, która może wykorzystywać emitowane ciepło do wyświetlania na ekranie. Temperatura w tym (zilustrowanym) pomieszczeniu wynosi 100°C. Sądzę, że zazwyczaj nie można umieścić telewizora lub wyświetlacza w takim środowisku. Wyświetlacze LCD i OLED nie działałyby, a ja wyobrażam sobie scenariusz, w którym ludzie nie mogliby pracować w takich warunkach.
W takim środowisku mogą działać tylko roboty. Roboty te przechwytywałyby sygnały podczerwieni i poruszały się zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi na ekranie. Nie jestem pewien, czy kiedykolwiek zostanie to zrealizowane, ale mam nadzieję na opracowanie tego rodzaju "wyświetlacza termicznego" Jednak kiedy rozmawiam o tym z ekspertami, nie rozumieją, więc poprosiłem grafika o stworzenie tego obrazu. (śmiech) Próbowałem również użyć sztucznej inteligencji (jak ChatGPT) do stworzenia obrazu, ale nie do końca pasował on do mojej wizji"
Porady dla przyszłych użytkowników PicoTR
NETZSCH: Gdybyś mógł udzielić rady lub przestrogi komuś, kto rozważa wprowadzenie PicoTR, co by to było?
Prof. Ohta:
"Jeśli chodzi o wybór próbek dla PicoTRcienkie próbki, których używamy, są idealne. Nie sądzę jednak, aby PicoTR działał dobrze z grubszymi próbkami lub próbkami o wyraźnej chropowatości powierzchni. Czasami otrzymujemy prośby o pomiar próbek za pomocą PicoTR, a kiedy patrzę na próbki, które przesyłają, często mają one znaczną chropowatość powierzchni. Jeśli więc zdecydujesz się wprowadzić PicoTR, zalecam użycie cienkich próbek o gładkich powierzchniach"
NETZSCH: Bardzo dziękujemy za te interesujące spostrzeżenia, profesorze Ohta! Jesteśmy dumni, że możemy wesprzeć Pana badania naszym analizatorem PicoTR. Co więcej, do pomiaru grubszych próbek możemy polecić nasz Analizator Laser-Flash. 😉
