História de sucesso do cliente
Possibilitando avanços na pesquisa de transistores térmicos
Possibilitando avanços na pesquisa de transistores térmicos: Saiba como a Universidade de Hokkaido usa o NETZSCH PicoTR para ampliar os limites da medição de filmes finos
Na Universidade de Hokkaido, o Prof. Hiromichi Ohta e sua equipe estão na vanguarda da pesquisa sobre transistores térmicos eletroquímicos de estado sólido. Usando o analisador NETZSCH PicoTR , eles podem medir com precisão as propriedades termofísicas de filmes ultrafinos - uma etapa fundamental para a realização de tecnologias de gerenciamento térmico de última geração.
Nesta história de sucesso do cliente, entrevistamos nosso cliente de longa data, o Prof. Hiromichi Ohtahiromichi Ohta, diretor do Research Institute for Electronic Science, da Universidade de Hokkaido, no Japão. Ele usa o instrumentoNETZSCH PicoTR para medir filmes finos aplicados em transistores térmicos. Seu laboratório de pesquisa na Universidade de Hokkaido foi o primeiro a desenvolver transistores térmicos eletroquímicos de estado sólido.
A entrevista foi conduzida por Narumi Fukuda e Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japan)
Sobre o entrevistado, Prof. Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (figura 1) nasceu em 1971. Ele se formou na Faculdade de Engenharia da Universidade de Saitama em março de 1994. Depois de concluir seu mestrado em química aplicada na Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Nagoya, em março de 1996, trabalhou como pesquisador no Laboratório de Desenvolvimento de Tecnologia de Energia Suave da Sanyo Electric Co., Ltd. e também como pesquisador no Centro de P&D de Tecnologia Avançada da HOYA Corporation. Ele também atuou como líder de grupo do Projeto de Materiais Eletroativos Transparentes ERATO Hosono.
Em 2003, tornou-se professor associado da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Nagoya. Em 2012, tornou-se professor do Instituto de Pesquisa de Ciências Eletrônicas da Universidade de Hokkaido, cargo que ocupa até hoje. Desde 2025, ele atua como diretor do Instituto de Pesquisa em Ciências Eletrônicas. Ele é Ph.D. em Engenharia pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio (2001).
Seus principais campos de pesquisa incluem transistores térmicos (interruptores térmicos), materiais de conversão termoelétrica e transistores de película fina de óxido. Ele é autor de mais de 280 artigos de periódicos revisados por pares, que foram citados mais de 24.800 vezes, com um índice H de 61.
Sobre o Research Institute for Electronic Science (RIES)
O Research Institute for Electronic Science (RIES) da Universidade de Hokkaido (figura 2) foi originalmente criado em 1943 como Ultra Shortwave Research Institute. Posteriormente, tornou-se o Institute of Applied Electricity (Instituto de Eletricidade Aplicada) antes de adotar seu nome atual em 1993. Por meio de pesquisa e educação de ponta, o RIES continua a contribuir para o avanço da ciência eletrônica.
O RIES consiste em três divisões principais de pesquisa: a Divisão de Fotônica e Ciência Óptica, a Divisão de Ciências Materiais e Moleculares e a Divisão de Ciências da Vida. Além disso, abriga o Green Nanotechnology Research Center e o Research Center of Mathematics for Social Creativity.
Por que o NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Prof. Ohta, por que escolheu um instrumento NETZSCH para sua pesquisa? Conte-nos um pouco mais sobre seus objetivos de análise e os principais fatores que influenciaram sua decisão.
Prof. Ohta:
"Venho pesquisando filmes finos há muito tempo. Quando se trata de tecnologia de conversão termoelétrica, a medição da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica é essencial. Antes do desenvolvimento do PicoTReu pensava: "Medir filmes finos era difícil", "Somente pessoas especializadas poderiam medi-los" e "Não havia dispositivos disponíveis para medir filmes finos"
As pessoas sempre me aconselhavam: "Por que não medir usando o método 3-omega?" Mas havia a forte percepção de que isso seria impossível sem a tecnologia de padronização de linhas finas de metal.
No entanto, quando o PicoTR foi lançado, fiquei sabendo rapidamente sobre ele, e havia rumores dizendo: "Esse dispositivo parece ser capaz de medir filmes finos" Naquela época, consegui uma bolsa de pesquisa para a qual havia me candidatado, então decidi tentar usar o PicoTR (figura 3) e o introduzi em nosso instituto. Com sucesso!
Atualmente, estou pesquisando filmes finos para desenvolver transistores térmicos eletroquímicos de estado sólido. Acredito que o PicoTR é perfeitamente adequado para medi-los."
Recursos exclusivos que fazem a diferença
NETZSCH: Há algum recurso do sistema PicoTR que você usa que seja particularmente útil para sua aplicação específica?
Prof. OHTA:
"Um dos recursos exclusivos do PicoTR é seu tempo de atraso de 50 nanossegundos. Quando apresentei esses dados em uma conferência internacional, muitas vezes me perguntaram: "Isso não foi um erro? Não deveria ser 5 nanossegundos?" Pesquisadores de outros institutos parecem ter apenas dispositivos com um tempo de atraso de cerca de 5 nanossegundos.
Ao medir no modo FF e considerar o tempo de atraso no eixo horizontal, é possível observar o decaimento do sinal de TermorrefletânciaA termorrefletância é um método para determinar a difusividade térmica e a condutividade térmica de filmes finos com espessuras na faixa de nanômetros.termorrefletância (figura 4). Entretanto, houve dados que puderam ser observados pela primeira vez ao medir até 50 nanossegundos. Portanto, achei que era um pouco inconveniente fazer medições com um dispositivo que só consegue ver até 5 nanossegundos."
Na figura abaixo, a linha azul mostra os dados medidos pelo PicoTR, e a linha vermelha mostra os dados ajustados para análise (figura 5). Se a medição real e o ajuste corresponderem a 50 nanossegundos, é óbvio que o valor do resultado da análise está correto. Se ele só pudesse medir até 5 nanossegundos, haveria alguma incerteza nos resultados. Portanto, acho que a capacidade de medir até 50 nanossegundos é um dos grandes pontos fortes do PicoTR.
Prof. Ohta:
"Sempre que dou palestras no exterior, há sempre alunos na plateia que estão usando sistemas semelhantes e que atuam como professores em vários lugares, incluindo Hong Kong, China e Coreia. Quando eles veem meus dados, sempre ficam surpresos e dizem: "50 nanossegundos! Não há um zero a mais?". Acho ótimo que o PicoTR possa observar o sinal de TermorrefletânciaA termorrefletância é um método para determinar a difusividade térmica e a condutividade térmica de filmes finos com espessuras na faixa de nanômetros.termorrefletância em até 50 nanossegundos.
Outra vantagem é que você pode operar o sistema NETZSCH mesmo sem conhecimento profundo. Eu não tenho muito conhecimento sobre análise térmica, portanto, mesmo que alguém me dissesse para construir um instrumento de análise térmica para filmes finos e me desse as peças, eu nunca conseguiria fazer isso. (Ele ri)
Os pesquisadores e engenheiros que se especializam em análise térmica geralmente coletam peças, constroem instrumentos e realizam medições por conta própria. Portanto, esses dispositivos TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) geralmente são muito mais volumosos e medem apenas até 5 nanossegundos. No entanto, o PicoTR, com seu design compacto, permite que você obtenha dados com apenas um clique."
Comentário de NETZSCH: Como você mencionou, as pessoas que trabalham com atraso óptico TDTR geralmente têm dificuldade para alinhar os feixes de laser no espaço, o que pode ser muito desafiador. Acreditamos que um dos motivos pelos quais o PicoTR com retardo elétrico pode ser comercializado é o fato de seu alinhamento ser muito mais fácil.
Dos dados de laboratório ao impacto no mundo real
NETZSCH: Como os resultados da análise afetaram sua pesquisa? Você conseguiu obter novas percepções ou surgiu um desenvolvimento completamente novo?
Prof. Ohta:
"Acho que não poderíamos ter comercializado transistores térmicos eletroquímicos de estado sólido sem o THE PicoTR.
Na pesquisa de transistores térmicos, é necessário ligar e desligar repetidamente o transistor térmico e medir como sua Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica muda. Quando enviei meu artigo pela primeira vez, realizei 10 execuções repetitivas e consegui obter 10 medições, então enviei o artigo com esses dados.
No entanto, durante o processo de revisão de um artigo mais recente, pediram-me: "Por favor, meça 10 elevado à potência de 6 (1 milhão) vezes" Obviamente, isso não é razoável, então tive que reduzir para 100 vezes. Mesmo 100 vezes foi bastante desafiador. Por fim, decidi fazer uma medição com o site PicoTR uma vez a cada 10 tentativas. Com base nessa experiência, percebi que seria ótimo se o PicoTR pudesse prever alterações na Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica e, ao mesmo tempo, manter seu excelente desempenho."
Uma visão para o futuro: A "tela térmica"
NETZSCH: Vamos dar uma olhada no futuro: Há outros desafios que você gostaria de enfrentar?
Prof. Ohta:
"Embora eu planeje continuar minha pesquisa atual, pessoalmente, quero desenvolver um "display térmico" Quando converso com as pessoas sobre isso, elas geralmente dizem: "Não entendo muito bem" Mas esta é a minha visão de um "visor térmico":
Quero desenvolver um interruptor que possa alterar a transmissividade térmica. Imagine cada pixel do texto (figura 7) como um interruptor térmico. A parte laranja representa um interruptor que permite que o calor passe facilmente, enquanto a parte preta representa uma área onde o calor não passa. Dentro desse contêiner há ferro quente derretido. Esse ferro fundido é a fonte de calor, e a tela usa uma técnica de infravermelho.
Quero desenvolver uma tecnologia que possa usar o calor emitido para ser exibido em uma tela. Supõe-se que a temperatura nessa sala (ilustrada) seja de 100°C. Acredito que, normalmente, não seria possível colocar uma TV ou tela em um ambiente como esse. LCDs e OLEDs não funcionariam, e estou imaginando um cenário em que os humanos não podem trabalhar nesse ambiente.
Nesse ambiente, somente robôs podem operar. Esses robôs capturariam sinais infravermelhos e se moveriam de acordo com as instruções exibidas na tela. Não tenho certeza se isso será realizado algum dia, mas espero desenvolver esse tipo de "tela térmica" No entanto, quando converso com especialistas sobre isso, eles não entendem, então pedi a um designer gráfico para criar essa imagem. (risos) Também tentei usar IA (como o ChatGPT) para criar uma imagem, mas ela não correspondeu exatamente à minha visão."
Conselhos para futuros usuários do site PicoTR
NETZSCH: Se você pudesse dar um conselho ou pontos de cautela a alguém que esteja pensando em introduzir o PicoTR, qual seria?
Prof. Ohta:
"Com relação à seleção de amostras para PicoTRas amostras finas que usamos são perfeitas. Entretanto, acho que o PicoTR não funcionaria bem com amostras mais grossas ou com rugosidade de superfície proeminente. Às vezes, recebemos solicitações para medir amostras usando o PicoTR e, quando vejo as amostras que eles enviam, elas geralmente têm uma rugosidade de superfície significativa. Portanto, se você decidir introduzir o PicoTR, recomendo usar amostras finas com superfícies lisas."
NETZSCH: Muito obrigado por essas interessantes percepções, Prof. Ohta! Temos orgulho de apoiar sua pesquisa com nosso analisador PicoTR. Além disso, para medir amostras mais espessas, recomendamos o nosso Analisador Laser-Flash. 😉
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