История успеха клиента
Обеспечение прорыва в исследованиях тепловых транзисторов
Обеспечение прорывов в исследованиях тепловых транзисторов: Узнайте, как в Университете Хоккайдо используют NETZSCH PicoTR , чтобы расширить границы измерений на тонких пленках
В Университете Хоккайдо профессор Хиромичи Охта и его команда находятся на переднем крае исследований твердотельных электрохимических термических транзисторов. Используя анализатор NETZSCH PicoTR , они могут точно измерить теплофизические свойства ультратонких пленок - ключевой шаг к реализации технологий терморегулирования следующего поколения.
В этой истории успеха мы взяли интервью у нашего многолетнего клиента, профессора Хиромичи Ота. Хиромичи Охтадиректором Научно-исследовательского института электроники Университета Хоккайдо в Японии. Он использует приборNETZSCH PicoTR для измерения тонких пленок, применяемых в термических транзисторах. Его исследовательская лаборатория в Университете Хоккайдо первой разработала твердотельные электрохимические термические транзисторы.
Интервью проводили Наруми Фукуда и Казуко Исикава (NETZSCH Япония)
Об участнике интервью, профессоре Хиромичи Охта
Хиромичи Охта (рис. 1) родился в 1971 году. В марте 1994 года он окончил инженерный факультет Университета Сайтама. После получения степени магистра прикладной химии в Высшей школе инженерии Университета Нагоя в марте 1996 года работал исследователем в Лаборатории развития технологий мягкой энергии компании Sanyo Electric Co, Ltd., а также исследователем в Центре исследований и разработок передовых технологий корпорации HOYA. Он также был руководителем группы в проекте ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials.
В 2003 году он стал доцентом Высшей инженерной школы Университета Нагоя. В 2012 году стал профессором Научно-исследовательского института электроники при Университете Хоккайдо, где и работает по сей день. С 2025 года занимает должность директора Научно-исследовательского института электронной науки. Получил степень доктора технических наук в Токийском технологическом институте (2001).
Основные направления его исследований - тепловые транзисторы (термопереключатели), материалы для термоэлектрических преобразований и оксидные тонкопленочные транзисторы. Он является автором более 280 рецензируемых журнальных статей, которые были процитированы более 24 800 раз, а H-индекс составляет 61.
О Научно-исследовательском институте электронной науки (НИИЭН)
Научно-исследовательский институт электронной науки (RIES) при Университете Хоккайдо (рис. 2) был основан в 1943 году как Научно-исследовательский институт ультракоротких волн. Позже он стал Институтом прикладной электрики, а в 1993 году принял свое нынешнее название. Благодаря передовым исследованиям и образованию RIES продолжает вносить свой вклад в развитие электронной науки.
RIES состоит из трех основных исследовательских подразделений: Отделение фотоники и оптических наук, Отделение наук о материалах и молекулярных наук и Отделение наук о жизни. Кроме того, здесь расположены Исследовательский центр зеленых нанотехнологий и Исследовательский центр математики для социального творчества.
Почему NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Профессор Охта, почему вы выбрали для своего исследования прибор NETZSCH? Пожалуйста, расскажите нам немного больше о целях вашего анализа и ключевых факторах, повлиявших на ваше решение.
Профессор Охта:
"Я давно занимаюсь исследованием тонких пленок. Когда речь идет о технологии термоэлектрического преобразования, измерение теплопроводности имеет большое значение. Еще до разработки PicoTRя думал: "Измерять тонкие пленки сложно", "Измерять их могут только специалисты" и "Не существует приборов для измерения тонких пленок"
Люди часто советовали мне: "Почему бы не измерять методом 3-омега?" Но существовало твердое убеждение, что это невозможно без технологии тонколинейного шаблонирования металла.
Однако, когда появился сайт PicoTR, я быстро узнал о нем, и пошли слухи: "Этот прибор, похоже, может измерять тонкие пленки" В то время мне удалось получить грант на исследования, на которые я подавал заявку, поэтому я решил попробовать использовать PicoTR (рис. 3) и внедрил его в нашем институте. С успехом!
Сегодня я занимаюсь исследованием тонких пленок для разработки твердотельных электрохимических термических транзисторов. Я считаю, что PicoTR идеально подходит для их измерения"
Уникальные особенности, которые делают разницу
NETZSCH: Есть ли в используемой вами системе PicoTR какие-либо особенности, которые особенно полезны для вашего конкретного применения?
Профессор ОХТА:
"Одна из уникальных особенностей системы PicoTR - время задержки в 50 наносекунд. Когда я представлял эти данные на международной конференции, меня часто спрашивали: "А не ошибка ли это? Разве не должно быть 5 наносекунд?" Исследователи из других институтов, похоже, располагают только устройствами с временем задержки около 5 наносекунд.
Если проводить измерения в режиме FF и откладывать время задержки по горизонтальной оси, то можно наблюдать затухание сигнала терморефлектограммы (рис. 4). Однако при измерении до 50 наносекунд впервые были получены данные, которые можно было наблюдать. Поэтому мне показалось немного неудобным проводить измерения с помощью прибора, который может видеть только до 5 наносекунд"
На рисунке ниже синей линией показаны данные, измеренные прибором PicoTR, а красной - данные, подогнанные для анализа (рис. 5). Если фактическое измерение и подгонка совпадают до 50 наносекунд, очевидно, что значение результата анализа является правильным. Если бы прибор мог измерять только до 5 наносекунд, то в результатах была бы некоторая неопределенность. Поэтому я считаю, что возможность измерения до 50 наносекунд - одно из достоинств PicoTR.
Профессор Охта:
"Когда я читаю лекции за рубежом, в аудитории всегда присутствуют студенты, которые используют подобные системы и работают преподавателями и профессорами в различных местах, включая Гонконг, Китай и Корею. Когда они видят мои данные, они всегда удивляются и говорят: "50 наносекунд!? Разве здесь нет лишнего нуля?". Я считаю, что это замечательно, что на сайте PicoTR можно наблюдать сигнал терморефлектанса вплоть до 50 наносекунд.
Еще одно преимущество заключается в том, что с системой NETZSCH можно работать даже без глубоких знаний. У меня нет особых знаний в области термического анализа, поэтому даже если бы кто-то сказал мне создать прибор для термического анализа тонких пленок и дал мне детали, я бы никогда не смог этого сделать. (Он смеется.)
Исследователи и инженеры, специализирующиеся на термическом анализе, часто сами собирают детали, строят приборы и проводят измерения. Так, приборы TDTR (Time-Domain Thermoreflectance) обычно гораздо более громоздкие и измеряют только до 5 наносекунд. Однако PicoTR, благодаря своей компактной конструкции, позволяет получать данные одним щелчком мыши."
Комментарий NETZSCH: Как вы упомянули, те, кто работает с оптической задержкой TDTR, часто сталкиваются с необходимостью выравнивания лазерных лучей в пространстве, что может быть очень сложной задачей. Мы считаем, что одна из причин, по которой PicoTR с электрической задержкой может быть коммерциализирован, заключается в том, что его юстировка намного проще.
От лабораторных данных к воздействию в реальном мире
NETZSCH: Как результаты анализа повлияли на ваше исследование? Удалось ли вам получить новые знания или появились совершенно новые разработки?
Профессор Охта:
"Я не думаю, что мы смогли бы вывести на рынок твердотельные электрохимические термические транзисторы без THE PicoTR.
При исследовании термических транзисторов необходимо многократно включать и выключать термический транзистор и измерять, как меняется его теплопроводность. Когда я впервые представил свою работу, я выполнил 10 повторных включений и смог получить 10 измерений, поэтому я представил работу с этими данными.
Однако в процессе рецензирования более поздней работы меня попросили: "Пожалуйста, измерьте 10 в степени 6 (1 миллион) раз" Очевидно, что это неразумно, поэтому мне пришлось сократить это число до 100 раз. Даже 100 раз оказалось довольно сложной задачей. В конце концов, я решил проводить измерения с помощью PicoTR раз в 10 попыток. Основываясь на этом опыте, я понял, что было бы здорово, если бы PicoTR мог предсказывать изменения в теплопроводности, сохраняя при этом свои превосходные характеристики"
Видение будущего: "Тепловой дисплей"
NETZSCH: Давайте заглянем в будущее: Есть ли другие задачи, которые вы хотели бы решить?
Профессор Охта:
"Хотя я планирую продолжать свои текущие исследования, лично я хочу разработать "тепловой дисплей" Когда я говорю об этом с людьми, они часто говорят: "Я не совсем понимаю" Но это мое видение "теплового дисплея":
Я хочу разработать переключатель, который может изменять тепловую пропускную способность. Представьте, что каждый пиксель текста (рис. 7) - это тепловой переключатель. Оранжевая часть представляет собой переключатель, который легко пропускает тепло, а черная - область, через которую тепло не проходит. Внутри этого контейнера находится расплавленное горячее железо. Это расплавленное железо является источником тепла, а для отображения используется инфракрасная техника.
Я хочу разработать технологию, которая позволит использовать излучаемое тепло для отображения на экране. Предполагается, что температура в этой (изображенной на рисунке) комнате составляет 100°C. Я думаю, что обычно вы не сможете поместить телевизор или дисплей в такую среду. ЖК-дисплеи и OLED-дисплеи не будут работать, и я представляю себе сценарий, в котором люди не смогут работать в таких условиях.
В такой среде могут работать только роботы. Эти роботы будут улавливать инфракрасные сигналы и двигаться в соответствии с инструкциями, отображаемыми на экране. Я не уверен, что это когда-нибудь будет реализовано, но я надеюсь разработать такой "тепловой дисплей" Однако когда я говорю об этом со специалистами, они ничего не понимают, поэтому я попросил графического дизайнера создать это изображение. (Смеется.) Я также пытался использовать искусственный интеллект (например, ChatGPT) для создания изображения, но оно не совсем соответствовало моему видению"
Советы будущим пользователям PicoTR
NETZSCH: Если бы вы могли дать совет или предостережение тому, кто собирается внедрять PicoTR, что бы это было?
Профессор Охта:
"Что касается выбора образцов для PicoTRто тонкие образцы, которые мы используем, идеальны. Однако я не думаю, что PicoTR будет хорошо работать с более толстыми образцами или образцами с заметной шероховатостью поверхности. Иногда мы получаем запросы на измерение образцов с помощью PicoTR, и когда я смотрю на образцы, которые они присылают, они часто имеют значительную шероховатость поверхности. Поэтому, если вы решите внедрить PicoTR, я рекомендую использовать тонкие образцы с гладкой поверхностью"
NETZSCH: Большое спасибо за эти интересные мысли, профессор Охта! Мы рады поддержать ваши исследования с помощью нашего анализатора PicoTR. Кроме того, для измерения более толстых образцов мы можем порекомендовать наш Лазерно-вспышечный анализатор. 😉
