Povestea de succes a clientului
Realizarea de progrese în cercetarea tranzistorilor termici
Realizarea de progrese în cercetarea tranzistorilor termici: Aflați cum Universitatea Hokkaido utilizează NETZSCH PicoTR pentru a depăși limitele măsurării straturilor subțiri
La Universitatea Hokkaido, profesorul Hiromichi Ohta și echipa sa sunt în fruntea cercetărilor privind tranzistoarele termice electrochimice în stare solidă. Folosind analizorul NETZSCH PicoTR , ei pot măsura cu precizie proprietățile termofizice ale filmelor ultra-subțiri - un pas esențial către realizarea tehnologiilor de gestionare termică de generație următoare.
În această poveste de succes a clientului, intervievăm clientul nostru pe termen lung, prof. Hiromichi Ohta, director al Institutului de Cercetare pentru Științe Electronice, Universitatea Hokkaido, din Japonia. El utilizează instrumentulNETZSCH PicoTR pentru a măsura filmele subțiri aplicate în tranzistori termici. Laboratorul său de cercetare de la Universitatea Hokkaido a fost primul care a dezvoltat tranzistori termici electrochimici în stare solidă.
Interviul a fost realizat de Narumi Fukuda și Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japonia)
Despre persoana intervievată, Prof. Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (figura 1) s-a născut în 1971. A absolvit Facultatea de Inginerie de la Universitatea Saitama în martie 1994. După absolvirea masteratului în chimie aplicată la Școala superioară de inginerie a Universității Nagoya în martie 1996, a lucrat ca cercetător la Laboratorul de dezvoltare a tehnologiei energiei ușoare al Sanyo Electric Co., Ltd., precum și ca cercetător la Centrul de cercetare și dezvoltare pentru tehnologii avansate al HOYA Corporation. De asemenea, a fost lider de grup al proiectului ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials.
În 2003, a devenit profesor asociat la Graduate School of Engineering a Universității Nagoya. În 2012, a devenit profesor la Institutul de Cercetare pentru Științe Electronice al Universității Hokkaido, poziție pe care o deține și în prezent. Din 2025, a ocupat funcția de director al Institutului de Cercetare pentru Științe Electronice. Deține un doctorat în inginerie de la Tokyo Institute of Technology (2001).
Principalele sale domenii de cercetare includ tranzistorii termici (comutatoare termice), materialele de conversie termoelectrică și tranzistorii cu peliculă subțire de oxid. Este autorul a peste 280 de articole de revistă revizuite de colegi, care au fost citate de peste 24 800 de ori, cu un indice H de 61.
Despre Institutul de Cercetare pentru Științe Electronice (RIES)
Institutul de Cercetare pentru Științe Electronice (RIES) din cadrul Universității Hokkaido (figura 2) a fost înființat inițial în 1943 sub denumirea de Institutul de Cercetare pentru Unde Ultra Scurte. Ulterior, acesta a devenit Institutul de Electricitate Aplicată înainte de a-și adopta denumirea actuală în 1993. Prin cercetare și educație de ultimă oră, RIES continuă să contribuie la progresul științei electronice.
RIES este format din trei divizii principale de cercetare: Divizia de fotonică și științe optice, Divizia de științe materiale și moleculare și Divizia de științe ale vieții. În plus, RIES găzduiește Centrul de Cercetare pentru Nanotehnologie Verde și Centrul de Cercetare a Matematicii pentru Creativitate Socială.
De ce NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Prof. Ohta, de ce ați ales un instrument NETZSCH pentru cercetarea dumneavoastră? Vă rugăm să ne spuneți mai multe despre obiectivele dvs. de analiză și factorii cheie care v-au influențat decizia.
Prof. Ohta:
"Cercetez filmele subțiri de mult timp. Când vine vorba de tehnologia de conversie termoelectrică, măsurarea conductivității termice este esențială. Înainte de dezvoltarea PicoTR, mă gândeam: "Măsurarea filmelor subțiri era dificilă", "Doar persoanele specializate le puteau măsura" și "Nu existau dispozitive disponibile pentru măsurarea filmelor subțiri"
Oamenii mă sfătuiau adesea: "De ce să nu măsori folosind metoda 3omega?" Dar exista percepția puternică că acest lucru ar fi imposibil fără tehnologia de modelare a liniilor fine de metal.
Cu toate acestea, atunci când a fost lansat PicoTR, am auzit rapid despre el și au apărut zvonuri care spuneau: "Acest dispozitiv pare să fie capabil să măsoare filme subțiri" În acel moment, mi s-a întâmplat să obțin un grant de cercetare pe care îl solicitasem, așa că am decis să încerc să folosesc PicoTR (figura 3) și l-am introdus la institutul nostru. Cu succes!
În prezent, cercetez filmele subțiri pentru a dezvolta tranzistori termici electrochimici în stare solidă. Cred că PicoTR este perfect potrivit pentru măsurarea acestora."
Caracteristici unice care fac diferența
NETZSCH: Există caracteristici ale sistemului PicoTR pe care îl utilizați care sunt deosebit de utile pentru aplicația dumneavoastră specifică?
Prof. OHTA:
"Una dintre caracteristicile unice ale PicoTR este timpul său de întârziere de 50 de nanosecunde. Când am prezentat aceste date la o conferință internațională, am fost adesea întrebat: "Nu a fost o greșeală? Nu ar trebui să fie 5 nanosecunde?" Cercetătorii de la alte institute par să aibă doar dispozitive cu un timp de întârziere de aproximativ 5 nanosecunde.
La măsurarea în modul FF și luarea timpului de întârziere pe axa orizontală, se poate observa decăderea semnalului de termoreflectanță (figura 4). Cu toate acestea, au existat date care au putut fi observate pentru prima dată la măsurarea până la 50 de nanosecunde. Prin urmare, am simțit că era puțin incomod să fac măsurători cu un dispozitiv care poate vedea doar până la 5 nanosecunde."
În figura de mai jos, linia albastră arată datele măsurate de PicoTR, iar linia roșie arată datele ajustate pentru analiză (figura 5). Dacă măsurarea reală și ajustarea corespund până la 50 de nanosecunde, este evident că valoarea rezultatului analizei este corectă. Dacă ar putea măsura doar până la 5 nanosecunde, atunci ar exista o anumită incertitudine în rezultate. Prin urmare, cred că capacitatea de a măsura până la 50 de nanosecunde este unul dintre marile puncte forte ale PicoTR.
Prof. Ohta:
"Ori de câte ori țin prelegeri în străinătate, există întotdeauna studenți în public care folosesc sisteme similare și care sunt activi ca profesori și învățători în diferite locuri, inclusiv Hong Kong, China și Coreea. Când văd datele mele, sunt întotdeauna surprinși și spun: "50 de nanosecunde!? Nu există un zero în plus?". Cred că este minunat că PicoTR poate observa semnalul de termoreflectanță până la 50 de nanosecunde.
Un alt avantaj este că puteți opera sistemul NETZSCH chiar și fără cunoștințe aprofundate. Eu nu am prea multe cunoștințe despre analiza termică, așa că, chiar dacă cineva mi-ar spune să construiesc un instrument de analiză termică pentru filme subțiri și mi-ar da piesele, nu aș fi niciodată în stare să o fac. (El râde)
Cercetătorii și inginerii specializați în analiza termică adună adesea piese, construiesc instrumente și efectuează măsurători singuri. Astfel, acele dispozitive TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) sunt de obicei mult mai voluminoase și măsoară doar până la 5 nanosecunde. Cu toate acestea, PicoTR, cu designul său compact, vă permite să obțineți date doar cu un clic."
Comentariu de la NETZSCH: După cum ați menționat, cei care lucrează cu întârzierea optică TDTR se luptă adesea să alinieze razele laser în spațiu, ceea ce poate fi foarte dificil. Credem că unul dintre motivele pentru care PicoTR cu întârziere electrică poate fi comercializat este faptul că alinierea sa este mult mai ușoară.
De la datele de laborator la impactul în lumea reală
NETZSCH: Cum au influențat rezultatele analizei cercetarea dumneavoastră? Ați reușit să obțineți noi perspective sau a apărut o dezvoltare complet nouă?
Prof. Ohta:
"Nu cred că am fi putut comercializa tranzistori termici electrochimici în stare solidă fără THE PicoTR.
În cercetarea tranzistorului termic, este necesar să porniți și să opriți tranzistorul termic în mod repetat și să măsurați modul în care se modifică conductivitatea sa termică. Când mi-am prezentat prima dată lucrarea, am efectuat 10 cicluri repetitive și am reușit să obțin 10 măsurători, așa că am prezentat lucrarea cu aceste date.
Cu toate acestea, în timpul procesului de revizuire a unei lucrări mai recente, mi s-a cerut: "Vă rog să măsurați de 10 ori la puterea a 6 (1 milion)" Evident, acest lucru este nerezonabil, așa că a trebuit să reduc măsura la 100 de ori. Chiar și de 100 de ori a fost destul de dificil. În cele din urmă, am decis să fac o măsurare cu PicoTR o dată la 10 încercări. Pe baza acestei experiențe, mi-am dat seama că ar fi grozav dacă PicoTR ar putea prezice modificările conductivității termice, menținându-și în același timp performanțele excelente."
O viziune pentru viitor: "Afișajul termic"
NETZSCH: Să aruncăm o privire în viitor: Există alte provocări pe care ați dori să le abordați?
Prof. Ohta:
"Deși intenționez să-mi continui cercetările actuale, personal, vreau să dezvolt un "afișaj termic" Când vorbesc cu oamenii despre acest lucru, ei spun adesea: "Nu prea înțeleg" Dar aceasta este viziunea mea pentru un "afișaj termic":
Doresc să dezvolt un comutator care poate schimba transmisivitatea termică. Imaginați-vă fiecare pixel al textului (figura 7) ca un comutator termic. Partea portocalie reprezintă un comutator care permite căldurii să treacă ușor, în timp ce partea neagră reprezintă o zonă prin care căldura nu trece. În interiorul acestui recipient se află fier fierbinte topit. Acest fier topit este sursa de căldură, iar afișajul utilizează o tehnică în infraroșu.
Doresc să dezvolt o tehnologie care să poată utiliza căldura emisă pentru a fi afișată pe un ecran. Se presupune că temperatura din această cameră (ilustrată) este de 100°C. Cred că, în mod normal, un televizor sau un ecran nu ar putea fi amplasat într-un astfel de mediu. LCD-urile și OLED-urile nu ar funcționa, iar eu îmi imaginez un scenariu în care oamenii nu pot lucra în acest mediu.
În acest mediu, doar roboții pot funcționa. Acești roboți ar capta semnale infraroșii și s-ar mișca în funcție de instrucțiunile afișate pe ecran. Nu sunt sigur dacă acest lucru se va realiza vreodată, dar sper să dezvolt acest tip de "afișaj termic" Cu toate acestea, atunci când vorbesc cu experții despre asta, ei nu înțeleg, așa că am rugat un designer grafic să creeze această imagine. (râde) Am încercat, de asemenea, să folosesc inteligența artificială (precum ChatGPT) pentru a crea o imagine, dar aceasta nu s-a potrivit cu viziunea mea."
Sfaturi pentru viitorii utilizatori PicoTR
NETZSCH: Dacă ați putea da un sfat sau o atenționare cuiva care intenționează să introducă PicoTR, care ar fi acestea?
Prof. Ohta:
"În ceea ce privește selectarea probelor pentru PicoTR, probele subțiri pe care le folosim sunt perfecte. Cu toate acestea, nu cred că PicoTR ar funcționa bine cu probele mai groase sau cu cele cu rugozități de suprafață proeminente. Uneori primim solicitări de a măsura probe folosind PicoTR, iar când mă uit la probele pe care le trimit, acestea au adesea rugozități de suprafață semnificative. Prin urmare, dacă vă decideți să introduceți PicoTR, vă recomand să utilizați probe subțiri cu suprafețe netede."
NETZSCH: Vă mulțumim foarte mult pentru aceste informații interesante, Prof. Ohta! Suntem mândri să vă susținem cercetarea cu analizorul nostru PicoTR. În plus, pentru măsurarea probelor mai groase, vă putem recomanda Analizorul cu laser-flash. 😉
