KR101088201B1

KR101088201B1 - Power source equipped semiconductor having structure that semiconductor device has contact with thermally moving electron rectification device with via heat exchange boundary surface

Info

Publication number: KR101088201B1
Application number: KR1020040086340A
Authority: KR
Inventors: 조창제
Original assignee: 조창제
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2011-11-30
Also published as: KR20060037161A

Abstract

새로운 기술로 성립된 열운동 전자 정류 구조 체와 현존하는 각종 집적반도체 소자를, 열 교환 경계면을 사이에 두고 밀착되게 결합하여 두 구조체가 한 쌍으로 이루어진 새로운 반도체소자는, 그 소자가 필요로 하는 전력의 일 부 또는 전부를 스스로 생산하여 스스로공급 받게 할 수 있고, 그 전력소모에 의한 발열을 자체가 보유한 전자적 냉각기능으로 스스로 제거한다. 또 이 기능을 이용하면, 종래의 외부 전원 공급에 의존하는데 따르는 필연적 제한을 제거 할 수도 있다. 본 발명은 새로운 발명체인 열운동전자 정류장치와 기존의 반도체 소자를, 서로의 필요부분을 서로가 제공하게 하는 조건이 성립되게 결합함으로서, 두 구성체에서는 없었던 새로운 기능이 나타나게 한 기술이다. 새롭게 나타난 기능 중, 자체생산전력을 자체 필요전력으로 사용할 수 있는 소자라는 의미에서 이하 전원장착 반도체소자 로 정의한다.A new semiconductor device in which two structures are paired by closely coupling a thermal motion electron rectifying structure established by a new technology and existing integrated semiconductor devices with a heat exchange interface interposed therebetween is a power required by the device. Some or all of them can be produced by themselves and supplied by themselves, and the heat generated by the power consumption is self-removed by its own electronic cooling function. This feature also eliminates the inherent limitations of relying on conventional external power supplies. The present invention combines the thermal motion electron stop, which is a new invention, and the existing semiconductor device with conditions that provide each other with necessary parts, so that a new function that is not present in the two components can be shown. Among the newly appeared functions, in the sense that the device can use its own power as its own power, it is defined as a semiconductor device with power supply.

Description

Power source equipped semiconductor having structure that semiconductor device has contact with thermally moving electron rectification device with via heat exchange boundary surface}

도 1은 본 발명에 따른 전원장착 반도체소자의 기본적인 구조를 도시한다.1 illustrates a basic structure of a power supply semiconductor device according to the present invention.

도 2 내지 4는 본 발명에 따른 전원장착 반도체소자를 구성하는 다수의 단위 열운동 전자 정류장치를 직렬연결하는 방식에 관한 것으로서, 도 2는 적층직렬구조를, 도 3은 단층 직렬구조를, 그리고 도 4는 혼합 직렬 구조를 나타낸다.2 to 4 relates to a method of serially connecting a plurality of unit thermal motion electronic stops constituting the power-equipped semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a stacked series structure, FIG. 3 is a single layer series structure, and FIG. 4 represents a mixed series structure.

도 5는 본 발명에 따른 전원장착 반도체소자에서, 소요전압이 정해진 반도체소자의 전력 입력회로와 열운동 전자 정류장치의 출력 회로 사이에 정전압 소자 또는 정전압 회로 또는 특정한 전력이 출력되는 가공회로를 더 부가한 구성을 도시한다.Figure 5 is a power supply semiconductor device according to the present invention, a constant voltage device or a constant voltage circuit or a processing circuit for outputting a specific power is further added between the power input circuit and the output circuit of the thermal motion electronic stop of the semiconductor device having a predetermined required voltage The configuration is shown.

도 6은 본 발명에 따른 전원장착 반도체소자의 전력 출력회로와 입력회로 사이에 외부 신호에 의하여 작동하는 온 오푸스위치를 더 부가하여 전력의 공급과 단전을 제어할 수 있는 구성을 도시한다.FIG. 6 illustrates a configuration in which an on-off switch operated by an external signal is further added between the power output circuit and the input circuit of the power supply semiconductor device according to the present invention to control power supply and disconnection.

도 7은 본 발명에 따른 전원장착 반도체소자의 변형예로서, 발열 부분인 전 자장치부분을 안으로 두고 그 양쪽에 열운동전자 정류장치를 샌드위치 형태로 밀착시킨 구성을 도시한다.7 is a modified example of the power-equipped semiconductor device according to the present invention, and shows a configuration in which a thermal motion electronic stopper is placed in close contact with a sandwich on both sides thereof with an electronic device portion that is a heat generating portion therein.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

A: 열운동 전자 정류장치A: thermal movement electronic stop

B: 반도체 소자B: semiconductor device

C: 열교환 접촉 경계면C: heat exchange contact interface

본 발명은 본 기술은 반도체장치에 공급되는 전력과 그 전력을 소모하는 반도체의 발열문제에 관한 기술과 관련되지만 거기에 한정되지 않는다. 독특한 전력 공급 방식에 의하여 나타나는 포괄적 효과에 관한 것이다. The present invention relates to, but is not limited to, a technique relating to a heat supply problem of a power supplying a semiconductor device and a semiconductor consuming the power. It relates to the comprehensive effect of the unique power supply.

현존하는 반도체 소자는 반드시 외부에서 공급되는 전력을 필요로 하고 그 전력 소모에 상응하는 발열을 한다. 반도체 소자가 고집적화, 고성능화 할수록 점증하는 전력 소모량과 거기에 상응하는 발열량이 수반된다. 또 집적 반도체 수요 욕구는 보다 고집적화, 보다 고성능화 방향으로 지향하고 있는데, 점증하는 반도체소자의 전력 소모량과 그것에 따른 열 제거 문제에서는 점차 한계에 접근하고 있다. 일부 반도체 소자는 이미 한계에 도달하여 더 이상의 속도나 성능 향상이 안되는 것으로 알려져 있다. 반도체소자가 과열되면 오동작 또는 기능상실로 이어지고 반도체 소자는 파괴된다. 그것을 극복하는 현재의 관련기술은 방열판 사용, 강제 송풍, 냉각수 방식, 펠티에 효과(Peltier effect)의 원리에 근거한 전자냉각 방식 등이 있으나 넓은 공간을 필요로 하고 기계적 가동부분, 과대한 에너지 소비 등의 결함이 있다.Existing semiconductor devices necessarily require externally supplied power and generate heat corresponding to the power consumption. As semiconductor devices become more integrated and higher performance, increasing power consumption and corresponding heat generation are accompanied. In addition, the demand for integrated semiconductors is directed toward higher integration and higher performance. However, the increasing power consumption of semiconductor devices and the resulting heat removal are approaching their limits. It is known that some semiconductor devices have already reached their limits and cannot be further improved in speed or performance. Overheating of the semiconductor device leads to malfunction or loss of function and the semiconductor device is destroyed. Current related technologies to overcome it include heat sink, forced blow, cooling water method, and electronic cooling method based on Peltier effect principle, but it requires a large space, mechanical moving parts and excessive energy consumption. There is this.

반도체소자의 발열은 외부에서 공급되는 에너지가 반도체 소자 내에 축적되는 현상에서 연유한다. 본 발명은 발열 문제를 반도체 소자에 가해진 에너지의 축적이라는 관점에 근거하여, 반도체 소자에 외부에서 가해지는 전력을 가급적 줄이거나, 내부에서 스스로 발생한 전력에만 의존하거나, 아니면 내부에서 발생한 열을 전자적 현상으로 외부로 유출 시키는 방법으로 반도체 소자의 발열 부분의 온도를 저감 시키는 기술인 동시에 내부전력 의존에 의한 부수적 효과를 제공하는 것을 목적으로 한다.
The heat generation of the semiconductor device is caused by the phenomenon that energy supplied from the outside accumulates in the semiconductor device. According to the present invention, the heat generation problem is based on the accumulation of energy applied to the semiconductor device, and the power applied to the semiconductor device is reduced as much as possible, or only the power generated internally by itself, or the internally generated heat as an electronic phenomenon. It is a technique to reduce the temperature of the heat generating portion of the semiconductor element by the method of flowing out to the outside and at the same time to provide a side effect by the dependence of the internal power.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 소정의 전력소비에 의한 발열량의 열을 생산하는 전자장치; 및 열을 전기에너지로 전환하는 기능이 있는 열운동 전자정류장치가 열 교환 경계면을 개재하여 서로 대향하도록 밀착되어 한 쌍을 이루어서 상기 열운동 전자 정류장치가 전력 생산에 필요로 하는 열의 적어도 일부를 상기 전자장치가 생산한 열의 적어도 일부로 제공하게 구성된 것을 특징으로 하는 전원장착 반도체소자가 제공된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, an electronic device for producing heat of heat generated by a predetermined power consumption; And thermally moving electronic rectifiers having a function of converting heat into electrical energy so as to be in close contact with each other via a heat exchange interface to form at least a portion of the heat required by the thermally moving electronic stop for power generation. Provided is a power supply semiconductor device, characterized in that configured to provide at least a portion of the heat produced.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 소정의 전력소비에 의한 발열량의 열을 생산하는 전자장치; 및 열을 전기에너지로 전환하는 기능이 있는 열운동 전자정류장치가 열 교환 경계면을 개재하여 서로 대향하도록 밀착되어 한 쌍을 이루어서 상가 열운동 전자 정류장치가 전력 생산에 필요로 하는 열의 적어도 일부를 상기 전자장치가 생산한 열의 적어도 일부로 재공하게 하며 상기 전자장치가 열을 생산 하는데 소요되는 전력의 적어도 일부를 상기 열운동 전자 정류장치가 생산한 전력으로 공급함으로서 상기 전자장치와 상기 열운동 전자 정류장치가 서로 필요한 전력과 열을, 적어도 일부를 제공하고 제공 받을 수 있는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 전원장착 반도체소자가 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, an electronic device for producing heat of heat generated by a predetermined power consumption; And a thermal motion electronic rectifier having a function of converting heat into electrical energy so as to be in close contact with each other via a heat exchange interface so that at least a part of the heat required by the commercial thermal motion electronic stop for power generation is generated. The electronic device and the thermokinetic electronic stop by supplying at least a portion of the power required for the electronic device to produce heat to the power produced by the thermokinetic electronic stop. Provided is a semiconductor device with a power supply, which is configured to be provided with at least a portion of heat.

위와 같은 전원장착 반도체소자는 바람직하게는, 상기 열운동전자 정류장치에서 출력한 전력을 상기 열운동 전자 정류장치의 쌍인 상기 전자장치의 소요 전력의 적어도 일부의 전력으로 사용하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the power supply-equipped semiconductor device uses the power output from the thermal motion electronic stop as the power of at least a part of the power required by the electronic device which is the pair of thermal motion electronic stops.

나아가, 바람직하게 상기 전원장착 반도체소자는, 상기 전자장치의 소요전력을 상기 전원장착반도체소자 외부에서 공급 받는 상태에서 상기 열운동 전자 정류장치의 전력 출력을 상기 전원장착 반도체 소자 외부의 부하에 사용하는 것을 특징으로 한다.Further, preferably, the power supply semiconductor device is configured to use the power output of the thermal motion electronic stop to a load external to the power supply semiconductor device in a state where the required power of the electronic device is supplied from outside the power supply semiconductor device. It features.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 열운동 전자 정류장치에서 생산된 전력을 상기 열운동 전자 정류장치의 쌍인 상기 전자장치에서 소모하게 하거나 상기 전원장착반도체 소자 외부의 부하에서 소모하게 하여 상기 전자장치의 발열 부분의 온도를 저감시키는 것을 특징으로 하는 방법 이 제공된다. On the other hand, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, the electric power produced by the thermal motion electronic stop is consumed in the electronic device which is a pair of thermal motion electronic stop or the load outside the power mounting semiconductor element And to reduce the temperature of the heat generating portion of the electronic device.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 전원 장착 반도체소자를 포함하는 전자회로구성체에서 상기 전원 장착 반도체소자는 전자장치로서 적어도 휘발성 메모리소자를 포함하고 상기 휘발성 메모리소자와 한쌍을 이루는 열운동 전자 정류장치의 출력전력을 공급 받거나, 상기 휘발성 메모리소자와 한 쌍을 이루지 않는 다른 전원장착 반도체소자의 열운동 전자 정류장치의 출력 전력을 공급 받는 것에 의해 상기 휘발성 메모리소자의 필요 전력으로 계속 공급 받는 것에 의해 상기 휘발성 메모리의 데이터 리프래시가 지속 되도록 함으로서 상기 휘발성 메모리소자 가 항상적으로 비 휘발성 메모리소자로서 기능하도록 하는 방법이 제공된다.
In addition, according to another aspect of the present invention, in an electronic circuit structure including at least one power supply semiconductor device, the power supply semiconductor device includes at least a volatile memory device as an electronic device and a thermal movement paired with the volatile memory device By continuously being supplied with the required power of the volatile memory device by receiving the output power of the electronic stop or by receiving the output power of the thermal motion electronic stop of the other powered semiconductor device that is not paired with the volatile memory device. A method is provided in which the data refresh of the volatile memory is sustained so that the volatile memory device always functions as a nonvolatile memory device.

상기 목적을 이루기 위해서는, 반도체 소자 내에 지속적 전력 생산 부분이 존재해야 하는 것은 자명하다. 전력은 에너지의 한 형태로 알려져 있고 에너지는 소모되는 에너지원에서만 얻어지는 것으로만 알려 저 있다. 본 발명의 원리도 역시 거기에서 예외가 아니다. 현존하는 모든 반도체소자는 공급 된 전력을 소비 만 하고 그 소비된 전기 에너지는 열로 변하는 것으로만 이해되고 있다. 즉 에너지의 소비자 또는 부하로 이해되고 있다. In order to achieve the above object, it is obvious that there must be a continuous power generation part in the semiconductor device. Electric power is known as a form of energy, and energy is known only from energy sources that are consumed. The principles of the invention are also no exception there. It is understood that all existing semiconductor devices only consume the supplied power and the consumed electrical energy is converted into heat. It is understood as the consumer or load of energy.

그러나 본 기술을 이해하려면 사고의 전환이 반드시 필요하다. 즉, 현존하는 모든 반도체소자는 열에너지의 생산자로 이해해야 한다. 다시 표현하면 전기에너지를 원료로 하여 열에너지를 생산하는 기능이 있는, 즉 전기 에너지의 소비자이면 서 열에너지의 생산자이다. 반면 열운동 전자 정류장치는 [(등록특허 10-0445317); 열이 반도체안의 전자의 열운동 에너지를 부여하고(kT=0.026eV 정도, k; Boltzmann상수, T; 절대온도) 그 열운동 전자가, 반도체 안에 형성 되어 있는 반도체의 정류 성 장벽 폭과 적당크기의 전기전도성 재질의 나노파티클(nano particle)들과 전하이동 장벽층으로 성립된 구성체에서 나노파티클에 출입하는 단위 전하(1.602×10^-19C=열운동전자 전하량)가 교반 전위를 유발하고 그 교반 전위 상태의 전자 가 정류되어 나오게 함으로서 열을 직류 전력으로 전환하는 장치] 열에너지를 스스로 전기에너지로 전환하여 전력을 발생하는 장치이지만 열에너지를 소비하여 전기에너지를 생산한다고 이해하는, 즉 열에너지의 소비자이면서 전기에너지의 생산자로 이해해야 한다. 두 장치는 형태가 다른 에너지의 생산자 이면서 형태가 다른 에너지의 소비자이다. But understanding this technology requires a shift in thinking. That is, all existing semiconductor devices should be understood as producers of thermal energy. In other words, it is a consumer of electric energy and a producer of heat energy, which has the function of producing heat energy using electric energy as a raw material. Whereas the thermal motion electronic stop value is [(Patent 10-0445317); The heat imparts the thermal kinetic energy of the electrons in the semiconductor (kT = 0.026eV, k; Boltzmann constant, T; absolute temperature), and the thermal kinetic electrons have The unit charge (1.602 × 10 ^-19 C = thermokinetic electron charge) entering and exiting the nanoparticles in the structure formed of the electrically conductive nanoparticles and the charge transfer barrier layer causes the stirring potential and the stirring potential A device that converts heat into direct current power by allowing electrons in a state to be rectified.] A device that generates power by converting heat energy into electric energy itself, but understands that it consumes heat energy to produce electric energy. As a producer of Both devices are producers of different forms of energy and consumers of different forms of energy.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

상기 열운동 전자 정류장치와 반도체소자가 공간적으로 마주본 상태에서 열 교환 경계면을 사이에 두고 밀접하여 한 쌍을 이루면 하나의 새로운 반도체 소자가 된다(도 1, 도 7). 이 새로운 반도체소자가 상기 전원 장착 반도체소자 또는 전원장착 반도체 쌍이다. When the thermal motion electron stop and the semiconductor element are in close contact with each other with a heat exchange interface interposed therebetween, they become one new semiconductor element (FIGS. 1 and 7). This new semiconductor element is the power-equipped semiconductor element or the power-equipped semiconductor pair.

한 전원장착 반도체 쌍 중의 한 부분인 열에너지의 생산자, 즉 전력의 부하 또는 전력의 수요자를 전자장치라고 정의 하고, 쌍의 다른 한 부분, 즉 열에너지의 수요자 즉 전력 발생 부분을 열운동 전자 정류장치로 정의 한다. 전원 장착 반도체소자는, 상기 열의소비자 이면서 전력의 생산자가, 전력의 소비자이면서 열의 생산자와, 서로가 필요로 하는 것을 서로가 공급하고 서로가 공급 받을 수 있는 적합한 조건으로 결합하여 나타난 새로운 독립된 반도체 소자이다. 이 소자 안에서는 열에너지의 생산과 소모, 전기에너지의 생산과 소모가 계속되고 있는 계를 형성하여 외부에 신호만 출력하는 기능을 갖는다. 그 기능은 쌍을 이루는 두 구성체가 기능을 유지하는 한 유지된다. The producer of thermal energy, which is part of one powered semiconductor pair, that is, the load or demand of power, is defined as an electronic device, and the other part of the pair, the consumer of thermal energy, or power generation, is defined as a thermal motion electronic stop. . The power-equipped semiconductor device is a new independent semiconductor device in which the consumer of heat and the producer of electric power are combined with the consumer of electricity and the producer of heat, and supplying each other's needs to each other under suitable conditions to be supplied with each other. . In this device, it produces a system in which the production and consumption of thermal energy and the production and consumption of electric energy continue, and has a function of outputting only a signal to the outside. The function is maintained as long as the two paired constructs remain functional.

그 양상을 구체적으로 기술하면 쌍의 한 부분인 열운동 전자 정류장치가 이미 존재하는 물체 열에너지를 소비하여 전력을 생산하고 그 생산된 전력을 쌍의 다른 한 부분인 전자장치의 필요 전력으로 공급하면 그 전자장치는 주어진 작업을 한 후 열을 생산하고 그 열의 수요자인 열운동 전자 정류장치에 공급하여 계속 전력을 생산하게 하고 그 전력을 다시 공급 받을 수 있게 된다. 따라서 전원장착 반도체소자 내에서는 열의 축적이 없게 할 수 있고 따라서 소자의 평균온도를 적당온도에 유지하게 할 수 있다. 전원장착 반도체 소자가 고립계 내에 존재한다고 가정하면 에너지 보존 법칙에 의하여 계 안의 총 에너지 량은 유지됨으로 에너지의 소모와 생산은 계속된다. 계 외로 에너지가 유출되면, 예로서 한 전원장착반도체 쌍에서 쌍의 한 부분인 열운동 전자 정류장치가 생산한 전력을 자기 쌍에 공급하지 않고 다른 어느 전원장착 반도체소자의 부하 즉 전자장치에 공급하면 전력을 출력하는 전원장착 반도체 소자는 에너지를 잃게 되어 온도가 저하하는 반면, 전력을 받은 쪽 전원 장착 반도체 소자는 에너지를 받아서 온도가 상승한다. 이것은 두 전원장착 반도체 소자가 각각의 열운동전자 정류장치에서 생산된 전력을 자기 쌍이 아닌 다른 전원장착 반도체소자의 전자장치의 부하에 각각 사용하면 두 소자의 평균온도 변화가 나타나지 않게 할 수 있다. 이 경우 서로 공급하는 전력량이 같아야 한다. 이것은 전원 장착 반도체소자의 전력 생산 부분에서 생산한 전력을 간접적으로 자기의 쌍에게 공급한 형태이다. 명확한 표현으로 하면 A 전원장착반도체소자의 A열운동 전자 정류장치에서 생산한 전력을 B 전원장착 반도체소자의 B전자장치에서 소모하게 하여 발열시키고 B 전원장착 반도체소자의 B 열운동전자 정류장치에서 그것을 전력으로 전환 한 후 A 전자장치에 공급하여 열을 생산 하게 하는 과정을 거쳐서 간접적으로 자기 쌍에게 공급한 것과 같은 결과에 도달하기 때문이다. A전원 장착반도체소자의 A열운동 정류장치에서 생산한 전력을 외부로 버리고 외부에서 다른 전원의 전력을 공급 받아서 A전자장치에 공급받는 것 역시 간접적 전력 제공에 해당 된다.Specifically, the thermal motion electronic stop, part of the pair, consumes the thermal energy already present in the object to produce power, and supplies the generated power to the required power of the electronic device, the other part of the pair. After a given task, the device produces heat and supplies it to the thermokinetic electronic stop, the consumer of the heat, to continue to produce power and to receive that power again. Therefore, in the semiconductor device with a power supply, there is no accumulation of heat, so that the average temperature of the device can be maintained at an appropriate temperature. Assuming that a semiconductor device with power is present in an isolated system, energy consumption and production continue as the total amount of energy in the system is maintained by the law of energy conservation. When energy is leaked out of the system, for example, the power generated by a thermal motion electronic stop, which is a part of a pair, is supplied to a load, that is, an electronic device, of another powered semiconductor device without supplying power to the magnetic pair. The power-equipped semiconductor device that outputs the energy loses energy and the temperature decreases, whereas the power-equipped semiconductor device that receives the power receives temperature and the temperature rises. This can prevent the average temperature change of the two devices from appearing when two power-equipped semiconductor devices each use the power generated at each thermal motion electronic stop for the load of the electronic device of another power-equipped semiconductor device instead of the magnetic pair. In this case, the amount of power supplied to each other should be the same. This is a form in which power generated in the power generation portion of a power supply semiconductor element is indirectly supplied to a pair of magnets. In clear terms, the power produced by the A thermal motion electronic stop of the A-powered semiconductor device is consumed by the B electronic device of the B-powered semiconductor device to generate heat, and it is generated by the B thermal motion electronic stop of the B-powered semiconductor device. After switching to electric power, the A electronic device is supplied with heat to produce heat indirectly. The indirect power supply is also provided by discarding the power produced by the A thermal motion stop of the A-powered semiconductor device to the outside and receiving power from another power source to the A electronic device.

이해를 돕기 위하여 극단적 한 예를 기술하겠다. To help understand, I will describe an extreme example.

한 전원장착 반도체소자의 열운동 전자 전류장치 부분에서 출력한 전력을 원거리(100m로 가정) 위치의 전력소비 부하에 계속적으로 공급하고 있는 경우를 가정하면, 그 전력의 에너지원은 전원장착 반도체의 몸체열 이다. 전력 공급이 계속되면 상기 몸체열이 점차 감소하여 온도가 점차 하강하고, 전원장착 반도체소자 몸체는 주위와는 온도 차이가 증가하고, 온도 차이에 따라서 몸체에 유입하는 열량이 증가하여 결국 평형점에 도달한 몸체 온도 상태에서 전력 공급이 계속 될 것이다. 이 구성체를 분석하면 전력 발생 부분의 출력 전력을, 자체 쌍의 소모 부분(전자장치부분)에서는 전혀 소비하지 않으므로 에너지 소모에 의한 쌍으로부터의 열의 공급이 없다. 그러나 전자장치부분과 열운동 전자 정류장치 부분이 접촉한 열 교한 경계면이 냉각되면서 주위로부터 연속적으로 열이 유입되고 있다. 이 집열 부분의 열은 100m 거리에 있는 발열 부분과 간접적으로 연결된다. 즉 이 계가 독립계이면 열운동 전자 정류장치가 100m 거리에 있는 전기에너지 소비부분과 쌍으로 결합하여 하나의 전원장착 거대 공간 소자를 형성한 구조체이다. 열 교환 경계 면의 두께가 100m라는 뜻이다. 상기 전원장착거대 공간소자에 있어서 전력소비부분 즉 열 공급자를 극도로 밀접시킨 특별한 구조가 본 발명의 전원장착 반도체 소자이다.Assuming that the power output from the thermally moving electronic current device portion of a semiconductor device is continuously supplied to a power consumption load at a remote location (assuming 100m), the energy source of the power is the body of the semiconductor with power supply. Is heat. When the power supply is continued, the body heat gradually decreases and the temperature gradually decreases. The temperature difference between the power-equipped semiconductor device body and the surroundings increases, and the amount of heat flowing into the body increases according to the temperature difference, and eventually reaches an equilibrium point. The power supply will continue at one body temperature. Analyzing this structure, there is no supply of heat from the pair due to energy consumption since the output power of the power generating portion is not consumed at all in the consumed portion (electronic device portion) of the pair. However, heat is continuously introduced from the surroundings as the thermal interface between the electronic device portion and the thermal motion electronic stop portion cools down. The heat of this collecting portion is indirectly connected to the heating portion at a distance of 100 m. In other words, if this system is an independent system, it is a structure in which a thermal motion electronic stop is coupled with a pair of electric energy consumption at a distance of 100 m to form a single power supply-mounted large space device. It means that the thickness of the heat exchange interface is 100m. The power supply semiconductor device of the present invention has a special structure in which the power consumption portion, that is, the heat supplier, is extremely close in the power supply mounting space device.

하나의 전원 장착 반도체 소자를 하나의 개체로서 구별하는 조건은 열을 직접 주고받는 관계와 직 간접적으로 전력을 주고받는 관계가 성립될 경우에 한정된다. 쌍의 한 부분인 전자장치나 쌍의 다른 한 부분인 열운동 전자 정류장치의 복수 개 여부와는 무관하다.The condition for distinguishing one power-equipped semiconductor element as one entity is limited to the case where a relationship of directly exchanging heat and a relationship of directly exchanging power is established. It is irrelevant whether there are a plurality of electronic devices that are part of a pair or a thermal motion electronic stop that is another part of a pair.

열운동 전자 정류장치는 온도 차이가 없는 열 즉, 열평형 상태의 물체열을 전기에너지로 전환하는 기능이 있으므로 전력으로 전환 안 된 열은 물체열로 존재함으로 전환 효율은 100%이다. The thermal motion electronic stop has the function of converting heat without temperature difference, that is, thermal equilibrium object heat into electric energy, so heat that is not converted into electric power exists as object heat, so the conversion efficiency is 100%.

전원장착 반도체소자의 전자장치는 일정 레벨의 전력이 필요하고 그것은 소정의 전압 값과 소정의 전류 값이 필요함을 의미한다. 전력의 공급자인 열운동 전자 정류장치는 단위 열운동 전자 정류장치들을 병렬 결합과 직렬 결합으로 전력의 수요자에게 부합시켜야 한다. 병렬 결합은 열운동 전자 정류장치의 면적 크기의 정도를 나타내므로 별도의 설명을 생략하고 직렬결합 방법을 도면으로 설명하면 아래와 같다. The electronic device of the power-equipped semiconductor device requires a certain level of power, which means that a predetermined voltage value and a predetermined current value are required. The thermokinetic electronic stop, the supplier of power, must match the unit thermodynamic electronic stops to the consumer of the power in parallel and series combinations. Parallel coupling indicates the degree of area size of the thermal motion electronic stop, so a separate description will be omitted and a series coupling method will be described below with reference to the drawings.

1) 도2 과 같이 오믹 층을 포함 하거나 포함하지 않는 전기 전도체 층 또는 터널효과(tunnel effect)층을 사이에 두고 적층하는 적층직렬구조1) A laminated series structure in which an electric conductor layer or a tunnel effect layer is laminated with or without an ohmic layer as shown in FIG.

2)도3 과 같이 단층으로 배치하고 전기 전도성재질의 도선으로 직렬연결 하는 단층 직렬 구조(단위열운동 전자 정류장치의 극성 상호위치는 바뀔 수 있다) 2) Single-layer series structure that is arranged in a single layer and connected in series with conductive wires as shown in Fig. 3 (The polarity mutual position of the unit thermal motion electronic stop may be changed.)

3) 상기 적층 직렬구조와 상기 단층직렬구조를 혼합한 혼합 직렬 구조(도4) 등이 있다.3) The mixed series structure (FIG. 4) which mixed the said laminated series structure and the said single layer series structure is mentioned.

또 열운동 전자 정류장치는 그 구성조건과 전력 생산 원리상 열운동 전자 정류장치의 출력 전압 값을 일정하게 출력하게 하는 것이 어렵다. 따라서 소요전압이 정하여진 반도체 소자에 집적 입력할 수는 없다. 따라서 소요전압이 정해진 반도체소자의 전력 입력회로와 열운동 전자 정류장치의 출력 회로 사이에 정전압 소자 또는 정전압 회로 또는 특정한 전력이 출력되는 가공회로를 부가해야 한다.(도5)In addition, it is difficult to constantly output the output voltage value of the thermal motion electronic stop because of its configuration conditions and the power generation principle. Therefore, it cannot be integrated into a semiconductor device having a predetermined voltage. Therefore, a constant voltage element, a constant voltage circuit, or a processing circuit for outputting a specific electric power must be added between the power input circuit of the semiconductor element having the required voltage and the output circuit of the thermal motion electronic stop.

또 순간적 큰 부하가 혼합된 부하에 대한 대비책으로 소정 용량의 축전기를 출력회로와 입력 회로사이에 어느 위치에다 병렬연결 할 필요가 있다. In addition, as a countermeasure for a load mixed with a momentarily large load, a capacitor of a predetermined capacity needs to be connected in parallel between an output circuit and an input circuit at any position.

전원장착 반도체소자는 연속적 전력공급 기능이 있다. 필요에 따라서는 출력부의 전력을 상대하는 전자장치에 공급 하지 않을 필요가 있을 경우를 대비해서 출력회로와 입력 회로 사이에 외부 신호에 의하여 작동하는 온 오프스위치를 부가하여 전력의 공급과 단전을 제어할 필요가 있다.(도6)Power-equipped semiconductor devices have a continuous power supply function. If necessary, it is necessary to control the supply and disconnection of power by adding an on / off switch operated by an external signal between the output circuit and the input circuit in case it is not necessary to supply the electronic device that deals with the power of the output unit. It is necessary (Fig. 6).

전원 장착 반도체 소자의 전자장치 부분의 발열 부분의 온도를 저감 시키는 방법은, 자체 내에 포함된 열운동 전자 정류장치의 출력 전력을 자신의 쌍의 소요전력으로 사용하거나 전원장착 반도체 소자 외의 외부 부하에서 소모시키는, 두 방법이 있다. The method of reducing the temperature of the heat generating portion of the electronic device portion of the power supply semiconductor device uses the output power of the thermal motion electronic stop value contained therein as its own pair of power consumption or consumes it in an external load other than the power supply semiconductor device. , There are two ways.

현존 반도체 소자는 전부 외부 전력에 의하여 작동하게 설계되어 있다. 즉 상당한 발열이 허용되는 구성체이다. 그 구성체에 열운동 전자 정류장치 구성체의 약간의 효과만 가세하여도 큰 효과가 있음을 예측할 수 있다. All existing semiconductor devices are designed to operate by external power. That is, a construct in which significant heat generation is allowed. It can be predicted that the slight effect of the thermal motion electronic stop construct on the construct will have a great effect.

열운동 전자 정류장치는 상온의 열 또는 동일 온도의 열이 스스로 직류 전력으로 전환되는 장치로서, 다른 표현으로 하면 스스로 주위를 냉각시키는 장치이고 작동에 필요한 어떤 에너지지도 불필요한 장치이다. 단, 장치 자체가 발생하는 전류가 흐르게 할 경우에만 그러하다. 이것을 다른 표현으로 하면 열운동 전자 정류장치는 스스로 냉각되면서 전기 에너지를 동시에 생산하는 구성체이고, 전기 에너지는 간단하게 열로 전환됨으로 결국 열을 스스로 펌핑(pumping) 하는 구성체이다. 따라서 냉각 부분을 단열재 공간으로 감싸면, 작동 에너지가 불필요한 냉장고가 되고, 출력 전력은 비용이 들지 않는 난방 또는 가열 열로 이용될 수 있다. 별도의 에너지원 없이 주위의 물체 열을 에너지원으로 하는 의미는 무비용 에너지이고 공간적 제한을 받지 않는 에너지다. 따라서 이동성이 있고 휴대용 전원으로 최적이다. 그중에는 이동하는 로봇의 전원이 포함된다. 전원 장착 반도체소자의 하나의 구성 예는 발열 부분인 전자 장치부분을 안으로 두고 열운동전자 정류장치가 양쪽에서(도7) 샌드위치 형태로 구성하여 열교환면을 증가시켜 열의 이동량을 증가시키고 열운동 전자 정류장치의 면적을 증가시키는 구성이 있다. 이 구성과 관련하여 열운동 전자 정류장치의 에너지원인 열은 발열부에서 전달되어온 열과 소자의 물체 열이 합한 것이다. 따라서 이론상 열운동 전자 정류장치의 규모를 키워서 소자의 필요 소모량 이상의 전력을 생산 할 수 있다. 이것은 전원 장착 반도체 소자의 평균 작동 온도를 전원장착반도체소자의 주변온도와 같거나 주변온도 보다 높거나 주변온도 보다 낮게 할 수 있음을 의미한다. 이 효과는 전원장착 반도체소자를 저온 작동 적외선의 감지 센서 등으로 이용 할 수 있음을 의미하고 거기에는 냉각용 전력이 불필요하고 전원장착 반도체소자의 출력 전력의 대부분을 소자 외부에 버리거나 그 전력으로 전자냉각소자(Thermoelectric Modules)를 작동시키면 더 효과적이다.The thermal motion electronic stop is a device in which heat at room temperature or heat of the same temperature is converted to DC power by itself. In other words, a device that cools itself around and does not need any energy required for operation. This is only true if the device itself causes a current to flow. In other words, the thermal motion electronic stop is a component that simultaneously cools itself and produces electrical energy, and the electrical energy is simply converted into heat and thus pumps heat by itself. Thus, if the cooling part is wrapped in an insulation space, the refrigerator becomes an unnecessary operating energy, and the output power can be used as heating or heating heat without cost. The meaning of using the heat of surrounding objects as an energy source without a separate energy source is energy that is not liberal and is not limited by space. It is therefore portable and optimal for portable power sources. Among them, the power of a moving robot is included. An example of the configuration of the power-equipped semiconductor device is that the thermal motion electronic stop is formed in a sandwich form on both sides (FIG. 7) with the electronic device part, which is the heating part, inward, thereby increasing the heat transfer surface to increase the amount of heat transfer and the thermal motion electronic stop. There is a configuration that increases the area. In relation to this configuration, heat, which is the energy source of the thermal motion electronic stop, is the sum of the heat transferred from the heat generating unit and the object heat of the device. Therefore, in theory, the thermal motion electronic stop can be scaled up to produce more power than the device requires. This means that the average operating temperature of the power-equipped semiconductor device can be equal to, or higher than, or lower than the ambient temperature of the power-equipped semiconductor device. This effect means that a semiconductor device with a power supply can be used as a sensor for detecting low-temperature operating infrared rays, and there is no need for cooling power, and most of the output power of the semiconductor device with a power supply is discarded outside or electronically cooled by the power. Operating the Thermoelectric Modules is more effective.

전원장착 반도체소자가 갖는 효과는 다음과 같다. The effect of the semiconductor device with power is as follows.

1) 외부 전력공급이 필요 없는 반도체소자이다.1) It is a semiconductor device that does not require external power supply.

2) 발열을 하지 않는 반도체 소자이다.2) A semiconductor device that does not generate heat.

3) 외부 전력을 사용 할 경우 스스로 보유한 전자냉각 기능으로 냉각하게 할 수 있다.3) In case of using external power, it can be cooled by own electronic cooling function.

4) 휘발성 메모리를 비 휘발성 메모리로 기능하게 한다. 4) Make volatile memory function as nonvolatile memory.

5) 전원장착반도체소자의 평균 작동 온도를 주변 온도보다 낮게, 또는 같게, 또는 높게 결정할 수 있다.
5) The average operating temperature of the power-equipped semiconductor element may be determined to be lower, equal, or higher than the ambient temperature.

전원장착 반도체소자는 자체생산 전력을 소자내의 필요 전력으로 사용하는 것이 특징이다. 이때 전력에너지 발생 부위는 이미 물체 열이 전기에너지로 전환 하고 있으므로 온도가 하강하고 있는 상태이다. (이때 1 cal 의 열량은 4.2 Joule의 에너지로 전환된다.) 고립계에서는 생산된 모든 전기에너지가 전원장착 반도체 소자 내에서 전부 소모되어 열이 되어도 고립 계 전체로는 원래의 온도 이상으로는 상승하지 않는다(에너지 보존법칙에 의하여). 이것은 전원장착반도체소자 외부에서 전력을 공급 받지 않는데 기인한다. 그러나 전원장착반도체 소자의 발열 부분과 기전력 발생 부위의 냉각 부분은 온도 차이가 있고 열전달 저항이 클수록 온도 차이는 큼으로 그 사이는 열전도가 잘되는 물질로 성립되고 간격(L)이 적어야 한다. 열의 이동 량은 Q=[S(T1-T2)/L]t → {Q=k[s(T1-T2)/L]t :(k 는 열전도율; T1는 반도체소자의 발열부분 온도; T2는 전기에너지 발생부분의 온도; L는 발열부분과 에너지 발생부분의 거리; s는 열 이동 방향의 단면적; t는 경과시간.} 여기에서 열운동 전자 정류장치와 전자장치는 열 교환 경계면을 사이에 두고 밀착됨으로 L 값은 적고, T1과 T2는 온도차이가 있음으로 전자장치부분에서 발생한 열은 급격히 소멸 된다.A power source-mounted semiconductor device is characterized by using its own production power as the power required in the device. At this time, the temperature of the power energy generating part is already decreasing because the heat of the object is converted into electrical energy. (At this time, the calorie of 1 cal is converted into energy of 4.2 Joule.) In the isolated system, all the produced electrical energy is consumed in the power-equipped semiconductor device, so that the entire system does not rise above the original temperature even when it is heated. (By the law of conservation of energy). This is due to the fact that no power is supplied from outside the power supply semiconductor element. However, there is a difference in temperature between the heat generating portion and the cooling portion of the electromotive force generating portion of the power mounting semiconductor element, and the greater the heat transfer resistance, the greater the temperature difference, and the gap between them should be established. The amount of heat transfer is Q = [S (T1-T2) / L] t → {Q = k [s (T1-T2) / L] t: (k is thermal conductivity; T1 is the heat generation temperature of the semiconductor device; T2 is Temperature of the electric energy generating part; L is the distance between the heating part and the energy generating part; s is the cross-sectional area of the heat moving direction; t is the elapsed time.} Here, the thermal motion electronic stop and the electronic device have a heat exchange interface between them. Due to the close contact, L value is small and T1 and T2 have a temperature difference, so the heat generated in the electronic part disappears rapidly.

집적 반도체의 하나인 휘발성 메모리가 열운동 전자 정류장치와 결합하여 하나의 전원장착반도체 소자를 구성하면 자체발생 전력 또는 이웃한 다른 열운동 전자 정류장치의 출력 전력으로 reflash 할 수 있음으로 간단하게 비 휘발성 메모 리로 전환 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 예로서 DRAM의 경우 속도와 집적 도를 유지하면서 비 휘발성 메모리의 역할을 하게 한다.Volatile memory, one of the integrated semiconductors, can be combined with a thermally moving electronic stop to form one powered semiconductor device that can be reflashed with self-generated power or with the output power of another neighboring thermal moving electronic stop. You can get the effect of switching to Lee. DRAM, for example, serves as a nonvolatile memory while maintaining speed and density.

이와 같은 유용한 효과들은 기존의 집적 반도체 소자와 열운동 전자 정류 장치의 보유기능을 독창적 사고로 이해하고 서로의 필요요소가 충족되게 결합하여 새로운 반도체 소자를 구성함으로서 얻어진 효과이다. 또 열운동 전자 정류장치는 기존의 각종 집적 반도체 소자와 결합 하게 하는데 적당한 조건을 구비하고 있다. 그 이유는 열운동 전자 정류장치 자체가 하나의 반도체 소자이기 때문이다.These useful effects are obtained by understanding the retention functions of the existing integrated semiconductor device and the thermal kinetic electronic rectifier as an original idea and combining new elements to meet the needs of each other. In addition, the thermal motion electronic stop has a suitable condition to be combined with a variety of existing integrated semiconductor devices. The reason is that the thermal motion electronic stop itself is a semiconductor device.

효과에 관한 하나의 예를 든다면 4G 이상의 CPU는 발열 문제 극복이 어렵다고 알려져 있으나 본 전원 장착 반도체 소자 구성법을 도입하면 극복되리라 예상된다.One example of the effect is that CPUs of 4G or higher are known to be difficult to overcome the heat generation problem.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다. 따라서, 특허청구범위의 등가적인 의미나 범위에 속하는 모든 변화들은 전부 본 발명의 권리범위안에 속함을 밝혀둔다. Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You can. Accordingly, all changes that come within the meaning or range of equivalency of the claims are to be embraced within their scope.

Claims

An electronic device that generates heat by a predetermined power consumption and a thermal motion electronic stop are closely contacted with each other through a heat exchange interface to form a pair of power-equipped semiconductor devices.

Wherein the thermal motion electronic stop has a unique function of converting heat of an object in thermal equilibrium into electrical energy,

Can achieve up to 100% conversion efficiency from heat to power of the thermal motion electronic stop,

Even before heat generation of the electronic device, a part or all of the required amount of power of the electronic device may be converted into electric energy from the heat of the object of the power-equipped semiconductor device itself and supplied.

And at least some of the heat required for the continuous power generation of the thermal motion electronic stop is continuously provided to at least some of the heat continuously produced by the electronic device.

An electronic device that generates heat by a predetermined power consumption; And a thermal motion electronic stop having a function of converting the heat of the object in thermal equilibrium into electrical energy, in close contact with each other through a heat exchange interface, and forming a pair of power-equipped semiconductor devices.

At least a part of the heat generated by the electronic device is transferred to the thermal motion electronic stop value so that the thermal motion electronic stop value is used as at least a part of the heat required for power generation,

It is configured to supply at least a portion of the power required to heat the electronic device to the power produced by the thermal motion electronic stop,

And the electronic device and the thermal motion electronic stop configured to provide and receive at least a portion of power and heat required from each other.

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the power output from the thermal motion electronic stop is used as the power of at least a part of the required power of the electronic device which is the pair of thermal motion electronic stops.

The electronic device of claim 1 or 2, wherein the output power of the thermal motion electronic stop is used for a load external to the power semiconductor device while the required power of the electronic device is supplied from outside the power semiconductor device. A semiconductor device with a power supply.

The heat generation of the electronic device according to claim 1, wherein the electric power produced by the thermal motion electronic stop is consumed by the electronic device, which is a pair of the thermal motion electronic stops, or consumed by a load external to the power supply semiconductor device. A power supply semiconductor device, characterized in that configured to reduce the temperature of the portion.

The method according to claim 1 or 2,

The electronic device includes a volatile memory device,

The electronic device is supplied with all of its required power from the thermally moving electronic stop, which is a pair thereof, so that the data refresh of the volatile memory device is continued, thereby providing the power-equipped semiconductor device. A semiconductor device with a power supply, which can function as a nonvolatile memory device.

Claims 1, 2, 3, 5, wherein a plurality of the semiconductor device with a power supply according to any one of the claims,

The thermal motion electronic stops of the plurality of powered semiconductor devices are configured such that their output power is provided by the power consumption of a pair of electronic devices instead of the magnetic pair, respectively.

And the electronic devices and the thermal motion electronic stops of the plurality of powered semiconductor devices are all paired so that all pairs perform indirect power supply and direct heat exchange.