Kundens framgångshistoria
Möjliggör genombrott inom forskning om termiska transistorer
Möjliggör genombrott inom forskning om termiska transistorer: Läs om hur Hokkaido University använder NETZSCH PicoTR för att flytta fram gränserna för mätning av tunna filmer
Vid Hokkaido University ligger professor Hiromichi Ohta och hans team i framkant när det gäller forskning om elektrokemiska termiska transistorer i fast tillstånd. Med hjälp av NETZSCH PicoTR analyzer kan de exakt mäta de termofysikaliska egenskaperna hos ultratunna filmer - ett viktigt steg mot att förverkliga nästa generations teknik för termisk hantering.
I denna framgångshistoria intervjuar vi vår långvariga kund, Prof. Hiromichi Ohtadirektör för forskningsinstitutet för elektronisk vetenskap vid Hokkaido University i Japan. Han använder instrumentetNETZSCH PicoTR för att mäta tunna filmer som används i termiska transistorer. Hans forskningslaboratorium vid Hokkaido University var först med att utveckla elektrokemiska termiska transistorer i fast tillstånd.
Intervjun genomfördes av Narumi Fukuda och Kazuko Ishikawa (NETZSCH Japan)
Om intervjupersonen, professor Hiromichi Ohta
Hiromichi Ohta (fig 1) är född 1971. Han tog examen från tekniska fakulteten vid Saitama University i mars 1994. Efter att ha tagit sin magisterexamen i tillämpad kemi vid Nagoya University's Graduate School of Engineering i mars 1996 arbetade han som forskare vid Sanyo Electric Co., Ltd:s Soft Energy Technology Development Laboratory, samt som forskare vid HOYA Corporation's R&D Center for Advanced Technology. Han var också gruppledare för ERATO Hosono Transparent ElectroActive Materials Project.
År 2003 blev han docent vid Nagoya University's Graduate School of Engineering. År 2012 blev han professor vid Hokkaido University's Research Institute for Electronic Science, en befattning som han fortfarande innehar. Sedan 2025 har han varit direktör för Research Institute for Electronic Science. Han har en doktorsexamen i ingenjörsvetenskap från Tokyo Institute of Technology (2001).
Hans huvudsakliga forskningsområden omfattar termiska transistorer (termiska brytare), termoelektriska omvandlingsmaterial och oxidiska tunnfilmstransistorer. Han har författat över 280 artiklar i fackgranskade tidskrifter som har citerats mer än 24.800 gånger, med ett H-index på 61.
Om forskningsinstitutet för elektronisk vetenskap (RIES)
Research Institute for Electronic Science (RIES) vid Hokkaido University (figur 2) grundades 1943 som Ultra Shortwave Research Institute. Senare blev det Institute of Applied Electricity innan det antog sitt nuvarande namn 1993. Genom banbrytande forskning och utbildning fortsätter RIES att bidra till utvecklingen av den elektroniska vetenskapen.
RIES består av tre huvudsakliga forskningsavdelningar: Division of Photonics and Optical Science, Division of Material and Molecular Sciences och Division of Life Science. Dessutom finns här forskningscentret Green Nanotechnology Research Center och forskningscentret Mathematics for Social Creativity.
Varför NETZSCH PicoTR ?
NETZSCH: Prof. Ohta, varför valde du ett NETZSCH -instrument för din forskning? Berätta lite mer om dina analysmål och de viktigaste faktorerna som påverkade ditt beslut.
Prof. Ohta:
"Jag har forskat om tunna filmer under en lång tid. När det gäller termoelektrisk omvandlingsteknik är det viktigt att mäta värmeledningsförmågan. Innan utvecklingen av PicoTRtrodde jag att "det var svårt att mäta tunna filmer", "endast specialiserade personer kunde mäta dem" och "det fanns ingen utrustning för att mäta tunna filmer"
Folk gav mig ofta råd: "Varför inte mäta med 3-omega-metoden?" Men det fanns en stark uppfattning om att detta skulle vara omöjligt utan teknik för finlinjemönstring av metall.
När PicoTR släpptes fick jag dock snabbt höra talas om den, och det gick rykten om att "den här apparaten verkar kunna mäta tunna filmer" Vid den tidpunkten råkade jag få ett forskningsanslag som jag hade ansökt om, så jag bestämde mig för att prova att använda PicoTR (bild 3) och introducerade den på vårt institut. Med framgång!
Idag forskar jag på tunna filmer för att utveckla elektrokemiska termiska transistorer i fast tillstånd. Jag tror att PicoTR är perfekt lämpad för att mäta dem."
Unika funktioner som gör skillnad
NETZSCH: Finns det några egenskaper hos det PicoTR -system som du använder som är särskilt användbara för din specifika applikation?
Prof. OHTA:
"En av de unika egenskaperna hos PicoTR är dess fördröjningstid på 50 nanosekunder. När jag presenterade dessa data vid en internationell konferens fick jag ofta frågan: "Var inte det ett misstag? Borde det inte vara 5 nanosekunder?" Forskare vid andra institut verkar bara ha enheter med en fördröjningstid på cirka 5 nanosekunder.
När man mäter i FF-läge och tar fördröjningstiden på den horisontella axeln kan man observera avklingningen av termoreflektanssignalen (figur 4). Det fanns dock data som kunde observeras för första gången när man mätte upp till 50 nanosekunder. Därför tyckte jag att det var lite obekvämt att göra mätningar med en apparat som bara kan se ner till 5 nanosekunder."
I figuren nedan visar den blå linjen de data som uppmätts av PicoTR, och den röda linjen visar de data som anpassats för analys (figur 5). Om den faktiska mätningen och anpassningen stämmer överens upp till 50 nanosekunder är det uppenbart att värdet på analysresultatet är korrekt. Om den bara kunde mäta ner till 5 nanosekunder skulle det finnas en viss osäkerhet i resultaten. Därför tycker jag att förmågan att mäta upp till 50 nanosekunder är en av de stora styrkorna hos PicoTR.
Prof. Ohta:
"När jag håller föreläsningar utomlands finns det alltid studenter i publiken som använder liknande system och som är verksamma som lärare och professorer på olika platser, bland annat i Hongkong, Kina och Korea. När de ser mina data blir de alltid förvånade och säger: "50 nanosekunder!? Finns det inte en extra nolla?". Jag tycker att det är fantastiskt att PicoTR kan observera termoreflektanssignalen upp till 50 nanosekunder.
En annan fördel är att man kan använda NETZSCH -systemet även utan djupgående kunskaper. Jag har inte mycket kunskap om termisk analys, så även om någon bad mig bygga ett instrument för termisk analys av tunna filmer och gav mig delarna, skulle jag aldrig kunna göra det. (Han skrattar)
Forskare och ingenjörer som är specialiserade på termisk analys samlar ofta in delar, bygger instrument och utför mätningar på egen hand. TDTR-apparaterna (Time-Domain Thermoreflectance) är vanligtvis mycket större och mäter bara upp till 5 nanosekunder. Men med PicoTR, som har en kompakt design, kan du få fram data med bara ett klick."
Kommentar av NETZSCH: Som du nämnde kämpar de som arbetar med TDTR optisk fördröjning ofta med att rikta in laserstrålar i rymden, vilket kan vara mycket utmanande. Vi tror att en av anledningarna till att PicoTR med elektrisk fördröjning kan kommersialiseras är att det är mycket enklare att rikta in den.
Från laboratoriedata till effekter i den verkliga världen
NETZSCH: Hur har analysresultaten påverkat din forskning? Har du kunnat få nya insikter, eller har en helt ny utveckling uppstått?
Professor Ohta:
"Jag tror inte att vi hade kunnat marknadsföra elektrokemiska termotransistorer i fast tillstånd utan THE PicoTR.
Vid forskning om termiska transistorer är det nödvändigt att upprepade gånger sätta på och stänga av den termiska transistorn och mäta hur dess Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga förändras. När jag först skickade in min uppsats gjorde jag 10 upprepade körningar och fick fram 10 mätningar, så jag skickade in uppsatsen med dessa data.
Men under granskningsprocessen av en nyare uppsats fick jag frågan: "Var snäll och mät 10 gånger 6 (1 miljon) gånger." Det är naturligtvis orimligt, så jag var tvungen att minska det till 100 gånger. Även 100 gånger var ganska utmanande. I slutändan bestämde jag mig för att göra en mätning med PicoTR en gång var 10:e försök. Baserat på denna erfarenhet insåg jag att det skulle vara fantastiskt om PicoTR kunde förutsäga förändringar i värmeledningsförmågan och samtidigt bibehålla sina utmärkta prestanda."
En vision för framtiden: Den "termiska displayen"
NETZSCH: Låt oss ta en titt in i framtiden: Finns det andra utmaningar som du skulle vilja ta itu med?
Prof. Ohta:
"Jag planerar att fortsätta med min nuvarande forskning, men personligen vill jag utveckla en "termisk display" När jag pratar med folk om det här säger de ofta: "Jag förstår inte riktigt." Men det här är min vision för en "termisk display".":
Jag vill utveckla en strömbrytare som kan ändra värmetransmissivitet. Föreställ dig att varje pixel i texten (bild 7) är en termisk brytare. Den orange delen representerar en brytare som låter värme passera lätt, medan den svarta delen representerar ett område där värme inte passerar. Inuti denna behållare finns smält hett järn. Detta smälta järn är värmekällan och displayen använder en infraröd teknik.
Jag vill utveckla en teknik som kan använda den värme som avges för att visas på en skärm. Temperaturen i det här (illustrerade) rummet antas vara 100°C. Jag tror att man normalt sett inte skulle kunna placera en TV eller skärm i en sådan miljö. LCD- och OLED-skärmar skulle inte fungera, och jag föreställer mig ett scenario där människor inte kan arbeta i den miljön.
I den här miljön är det bara robotar som kan arbeta. Dessa robotar skulle fånga upp infraröda signaler och röra sig enligt de instruktioner som visas på skärmen. Jag är inte säker på om detta någonsin kommer att förverkligas, men jag hoppas kunna utveckla den här typen av "termisk display" Men när jag pratar med experter om det förstår de inte, så jag bad en grafisk designer att skapa den här bilden. (skrattar) Jag försökte också använda AI (som ChatGPT) för att skapa en bild, men den stämde inte riktigt överens med min vision."
Råd till framtida användare av PicoTR
NETZSCH: Om du kunde ge råd eller varningspunkter till någon som överväger att införa PicoTR, vad skulle det vara?
Prof. Ohta:
"När det gäller urvalet av prover för PicoTRär de tunna prover vi använder perfekta. Jag tror dock inte att PicoTR skulle fungera bra med tjockare prover eller prover med framträdande ytjämnhet. Ibland får vi förfrågningar om att mäta prover med PicoTR, och när jag tittar på de prover som de skickar har de ofta betydande ytjämnhet. Så om du bestämmer dig för att införa PicoTR rekommenderar jag att du använder tunna prover med släta ytor."
NETZSCH: Tack så mycket för dessa intressanta insikter, professor Ohta! Vi är stolta över att kunna stödja din forskning med vår PicoTR -analysator. För mätning av tjockare prover kan vi dessutom rekommendera vår Laser-Flash analysator. 😉
