KR101670773B1 - Seebeck measurement system for thermoelectric thin film - Google Patents
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Abstract
본 실시예에 따른 열전박막의 제백계수 측정장치는 내부 공간부에 진공도를 유지할 수 있도록 구성되는 챔버; 상기 챔버에 설치되어 상기 내부 공간부의 공기를 배출하여, 상기 챔버 내부 공간부의 진공도를 조절하는 터보펌프; 상기 내부 공간부에 설치되며, 복수의 구조물들의 측벽을 지지하여 위치 고정하는 지그모듈; 상기 지그모듈에 의해 위치 고정되며, 상기 내부 공간부의 바닥면에 배치되는 히터유닛; 상기 히터유닛 상측에 배치되어 상기 히터유닛의 열을 외부로 방출하는 냉각유닛; 상기 히터유닛과 냉각유닛 사이에 개재되는 적어도 한 쌍의 절연유닛; 및 상기 한 쌍의 절연유닛 사이에 개재되는 한 쌍의 센싱유닛;을 포함하며, 피측정 대상인 샘플은 상기 한 쌍의 센싱유닛 사이에 개재될 수 있다.The apparatus for measuring the whitening coefficient of a thermoelectric thin film according to the present embodiment includes: a chamber configured to maintain a vacuum degree in an inner space; A turbo pump installed in the chamber for discharging air in the internal space part and adjusting a degree of vacuum in the chamber internal space part; A jig module installed in the inner space and supporting and fixing a side wall of a plurality of structures; A heater unit fixed by the jig module and disposed on a bottom surface of the inner space; A cooling unit disposed above the heater unit for discharging the heat of the heater unit to the outside; At least a pair of insulating units interposed between the heater unit and the cooling unit; And a pair of sensing units interposed between the pair of insulating units, wherein a sample to be measured is interposed between the pair of sensing units.
Description
본 발명은 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전박막의 제백계수 측정장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE
열전 재료에서는 온도 구배에 따라 전위차가 발생하는데, 이와 같은 온도 구배에 따른 전위차가 발생하는 효과를 제백효과(Seebeck effect)라고 한다. 이러한 제백효과를 이용하면 에너지 발전이 가능하다. 한편, 펠티에 효과(Peltier effect)는 전위차에 의해 온도 구배가 발생하는 효과로 Seebeck 효과와 정반대 방향의 매커니즘 적용될 수 있다.In the thermoelectric material, a potential difference is generated according to the temperature gradient. The effect of generating the potential difference according to the temperature gradient is called a seebeck effect. The use of such a whitening effect enables energy generation. On the other hand, the Peltier effect can be applied to the opposite direction of the Seebeck effect due to the effect of temperature gradient due to the potential difference.
열전재료를 이용한 발전 효율의 척도로 사용 되는 열전성능지수의 파라메터로 사용 되는 열전특성들은 상기한 제백계수 외에도, 전기전도도, 열전도도 등이 있다. 제백계수는 열전소재에 제백효과가 얼마나 일어나는지의 척도로써 열전 성능 지수의 주요 지표로 사용될 수 있다.The thermoelectric properties used as a parameter of the thermoelectric performance index used as a measure of power generation efficiency using the thermoelectric material include electrical conductivity and thermal conductivity in addition to the above-mentioned whiteness coefficient. The whiteness factor can be used as a key indicator of the thermoelectric performance index as a measure of how much the whitening effect is on the thermoelectric material.
종래에는 상기한 제백계수를 측정하기 위하여, 100 μm 이상의 벌크 형태의 샘플을 대상으로 제백계수를 측정하였으며, 박막형 샘플의 경우에는 수평방향(in-plane direction) 측정만이 가능하다는 한계가 있다.
Conventionally, in order to measure the above-mentioned whiteness coefficient, a whitening coefficient is measured on a sample having a bulk shape of 100 μm or more. In the case of a thin film sample, only an in-plane direction measurement is possible.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 박막형 샘플을 관통하는 cross-plane 방향으로 제백계수를 측정할 수 있도록 구조가 설계된 열전박막의 제백계수 측정장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a device for measuring the whitening coefficient of a thermoelectric thin film, which is designed to measure a whitening coefficient in a cross-plane direction passing through a thin film sample.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned technical objects and other technical objects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.
본 실시예에 따른 열전박막의 제백계수 측정장치는 내부 공간부에 진공도를 유지할 수 있도록 구성되는 챔버; 상기 챔버에 설치되어 상기 내부 공간부의 공기를 배출하여, 상기 챔버 내부 공간부의 진공도를 조절하는 터보펌프; 상기 내부 공간부에 설치되며, 복수의 구조물들의 측벽을 지지하여 위치 고정하는 지그모듈; 상기 지그모듈에 의해 위치 고정되며, 상기 내부 공간부의 바닥면에 배치되는 히터유닛; 상기 히터유닛 상측에 배치되어 상기 히터유닛의 열을 외부로 방출하는 냉각유닛; 상기 히터유닛과 냉각유닛 사이에 개재되는 적어도 한 쌍의 절연유닛; 및 상기 한 쌍의 절연유닛 사이에 개재되는 한 쌍의 센싱유닛;을 포함하며, 피측정 대상인 샘플은 상기 한 쌍의 센싱유닛 사이에 개재될 수 있다.The apparatus for measuring the whitening coefficient of a thermoelectric thin film according to the present embodiment includes: a chamber configured to maintain a vacuum degree in an inner space; A turbo pump installed in the chamber for discharging air in the internal space part and adjusting a degree of vacuum in the chamber internal space part; A jig module installed in the inner space and supporting and fixing a side wall of a plurality of structures; A heater unit fixed by the jig module and disposed on a bottom surface of the inner space; A cooling unit disposed above the heater unit for discharging the heat of the heater unit to the outside; At least a pair of insulating units interposed between the heater unit and the cooling unit; And a pair of sensing units interposed between the pair of insulating units, wherein a sample to be measured is interposed between the pair of sensing units.
상기 지그모듈은 상기 히터유닛과 냉각유닛의 양 측벽을 지지하는 한 쌍의 지그; 및 상기 지그의 위치를 고정하는 고정유닛;을 포함할 수 있다.The jig module includes: a pair of jigs supporting both side walls of the heater unit and the cooling unit; And a fixing unit for fixing the position of the jig.
상기 히터유닛은 상기 챔버 바닥면에 고정 배치되는 히터; 및 바닥면은 상기 히터 상측에 면접하고, 상부면은 상기 절연유닛과 면 접촉하도록 배치되는 제 1 열 저장부;를 포함할 수 있다.The heater unit includes: a heater fixedly disposed on a bottom surface of the chamber; And a first heat storage portion, wherein the bottom surface is in contact with the heater, and the upper surface is disposed in surface contact with the insulating unit.
상기 제 1 열 저장부는 구리 혹은 알루미늄 등의 재질로 형성될 수 있다.The first heat storage portion may be formed of copper or aluminum.
상기 냉각유닛은 바닥면은 상기 절연유닛과 면 접촉하는 제 2 열 저장부; 및 상기 제 2 열 저장부의 상부면과 면 접촉하여, 상기 제 2 열 저장부를 통해 전달된 열을 상기 챔버 내부 공간부로 배출하는 히트싱크;를 포함할 수 있다.The cooling unit includes a second heat storage portion having a bottom surface in surface contact with the insulation unit; And a heat sink which is in surface contact with the upper surface of the second heat storage part and discharges heat transferred through the second heat storage part to the space inside the chamber.
상기 히트싱크는 상기 챔버의 내부 공간부와 근접한 위치에 배치되며, 내부에 냉각수 유로를 가지는 제 1 냉각모듈; 상기 제 2 열 저장부로부터 전달되는 열원과 근접한 위치에 배치되며, 내부에 냉각수 유로를 가지는 제 2 냉각모듈; 상기 제 1 및 제 2 냉각모듈의 냉각수 유로를 연통하는 연결부; 상기 제 1 냉각모듈 내부로 냉각수가 유입되는 유입구; 및 상기 제 2 냉각모듈의 열교환된 냉각수를 배출하는 배출구;를 포함할 수 있다.A first cooling module disposed at a position close to an inner space of the chamber and having a cooling water flow path therein; A second cooling module disposed at a position close to a heat source transmitted from the second heat storage part and having a cooling water flow path therein; A connection part communicating the cooling water flow paths of the first and second cooling modules; An inlet through which cooling water flows into the first cooling module; And an outlet for discharging the heat-exchanged cooling water of the second cooling module.
상기 제 1 및 제 2 냉각모듈은 지그재그 형상의 냉각수 유로를 가질 수 있다.The first and second cooling modules may have zigzag cooling water flow paths.
상기 유입구와 배출구는 서로 동일 측벽에 형성될 수 있다.The inlet and the outlet may be formed on the same side wall.
상기 센싱유닛은 상기 샘플의 배치 위치를 안내하는 기준선;을 더 포함할 수 있다.The sensing unit may further include a reference line for guiding an arrangement position of the sample.
상기 센싱유닛은 MEMS 기술이 적용된 센싱 패턴이 백금(Pt) 재질로 형성될 수 있다.
The sensing unit may be formed of a platinum (Pt) material with a sensing pattern to which the MEMS technology is applied.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 종래의 기술이 다양하게 시도된 수평방향(in-plane) 측정이 아닌 아직까지 시도하지 못한 수직방향(cross-plane)의 열전 박막의 열전특성을 직접 측정하는 것이 가능하다.
According to the present embodiment as described above, it is possible to directly measure the thermoelectric characteristic of a cross-plane thermoelectric thin film, which has not been attempted in the past, not in the various in- It is possible.
도 1은 제 1 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 개략적인 도면,
도 2는 제 2 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 개략적인 도면,
도 3은 제 3 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 개략적인 도면,
도 4는 본 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 히트싱크의 개략적인 구조도,
도 5는 도 4의 히트싱크의 정면도,
도 6은 도 5의 히트싱크의 제 1 냉각모듈의 단면도,
도 7은 도 5의 히트싱크의 제 2 냉각모듈의 단면도,
도 8은 도 5의 히트싱크의 제 1 및 제 2 냉각모듈의 연결부의 단면도,
도 9는 도 5의 히트싱크의 수직방향 단면도,
도 10은 본 실시예에 따른 겹쳐져 있는 두 장의 센싱유닛을 개략적으로 도시한 도면,
도 11은 도 10의 겹쳐져 있는 센싱유닛 사이에 샘플을 개재해 놓은 상태를 도시한 도면, 그리고,
도 12는 본 실시예에 사용되는 샘플의 개략적인 구조도 이다.1 is a schematic view of a whitening coefficient measuring apparatus according to a first embodiment,
2 is a schematic view of a whitening coefficient measuring apparatus according to a second embodiment,
3 is a schematic drawing of a whitening coefficient measuring apparatus according to a third embodiment,
4 is a schematic structural view of a heat sink of the whitening coefficient measuring apparatus according to the present embodiment,
Fig. 5 is a front view of the heat sink of Fig. 4,
Figure 6 is a cross-sectional view of the first cooling module of the heat sink of Figure 5,
Figure 7 is a cross-sectional view of the second cooling module of the heat sink of Figure 5,
FIG. 8 is a cross-sectional view of the connection portions of the first and second cooling modules of the heat sink of FIG. 5,
Fig. 9 is a vertical cross-sectional view of the heat sink of Fig. 5,
FIG. 10 schematically shows two overlapping sensing units according to the present embodiment, FIG.
11 is a view showing a state in which a sample is placed between the overlapping sensing units of FIG. 10, and FIG.
12 is a schematic structural view of a sample used in this embodiment.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. The definitions of these terms should be interpreted based on the contents of the present specification and meanings and concepts in accordance with the technical idea of the present invention.
도 1은 제 1 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 개략적인 도면, 도 2는 제 2 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 개략적인 도면, 도 3은 제 3 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 개략적인 도면, 도 4는 본 실시예에 따른 제백계수 측정장치의 히트싱크의 개략적인 구조도, 도 5는 도 4의 히트싱크의 정면도, 도 6은 도 5의 히트싱크의 제 1 냉각모듈의 단면도, 도 7은 도 5의 히트싱크의 제 2 냉각모듈의 단면도, 도 8은 도 5의 히트싱크의 제 1 및 제 2 냉각모듈의 연결부의 단면도, 도 9는 도 5의 히트싱크의 수직방향 단면도, 도 10은 본 실시예에 따른 센싱유닛을 개략적으로 도시한 도면, 도 11은 도 10의 겹쳐져 있는 센싱유닛 사이에 샘플을 개재해 놓은 상태를 도시한 도면, 그리고, 도 12는 본 실시예에 사용되는 샘플의 개략적인 구조도 이다.2 is a schematic view of a whitish-coefficient-measuring apparatus according to a second embodiment, and Fig. 3 is a cross-sectional view of a whitish-coefficient-measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. Fig. 5 is a front view of the heat sink of Fig. 4, Fig. 6 is a front view of the first cooling module of the heat sink of Fig. 5, Fig. Fig. 7 is a cross-sectional view of the second cooling module of the heat sink of Fig. 5, Fig. 8 is a sectional view of the connection portion of the first and second cooling modules of the heat sink of Fig. 10 is a view schematically showing a sensing unit according to the present embodiment, FIG. 11 is a view showing a state in which a sample is placed between sensing units overlapped with each other in FIG. 10, and FIG. 12 is a view And is a schematic structural view of a sample used in the example.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 열전박막의 제백계수 측정장치는 챔버(100), 터보펌프(110), 지그모듈(200), 히터유닛(300), 냉각유닛(400), 절연유닛(500) 및 센싱유닛(1000)을 포함할 수 있다. 1, the apparatus for measuring the whitening coefficient of a thermoelectric thin film according to the present embodiment includes a
챔버(100)는 내부 공간부를 가지는 구조로 형성될 수 있으며, 기밀 구조로 형성하여, 내부 공간부가 외부와 완전히 차폐될 수 있도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 내부 공간부의 진공도를 10-5 Torr 이하로 확보할 수 있다. 터보펌프(110)는 챔버(100)에 설치되어, 상기 챔버(100)의 내부 공간부의 진공도를 유지할 수 있도록 공기를 흡배기할 수 있다. 챔버(100)를 진공상태로 유지하면, 대류효과 제거에 따른 정밀 온도 제어 및 측정 환경을 조성할 수 있다. 즉, 자연대류효과는 밀도 구배가 있는 대기 시스템에서 체적력의 합력인 부력에 의해 발생하는데, 일반적으로, 10-3 내지 102 Torr 압력 조건에서 자연대류 효과가 급감한다. 또한, 10-6 Torr 이하의 압력조건은 측정장비 제작시 탈기체(outgassing) 요소가 급증하여 장비 개발에 어려움이 있기 때문에, 본 실시예에 따른 챔버(100)의 진공도는 10-4 내지 10-6 Torr 압력 조건영역으로 형성할 수 있다.The
지그모듈(200)은 상기 내부 공간부에 설치되는 구조물들의 고정을 위한 것으로, 본 실시예에 따르면, 지그(210) 및 고정유닛(220)을 포함할 수 있다. 지그(210)는 후술할 히터유닛(300)과 냉각유닛(400)의 측벽을 지지하면서, 상하좌우 요동을 방지할 수 있도록, 가압 지지할 수 있다. 고정유닛(220)은 상기 지그(210)의 위치를 고정하여, 상기 구성요소들이 고정 위치에서 이탈되지 않도록 록킹 할 수 있다. The
히터유닛(300)은 가열용 정밀 스테이지 히터를 사용하는 히터(310)와 제 1 열 저장부(320)를 포함할 수 있다. The
히터(310)는 샘플(S)의 온도를 변동을 줄이기 위하여, 라디에이션 쉴드 히터를 사용할 수 있다. 제 1 실시예에 따르면, 히터(310)는 챔버(100)의 바닥면에 고정될 수 있으며, 상부면 측으로 열을 발산하여 샘플(S)에 열을 부가할 수 있다. 또한, 히터는 대략 1 내지 100 W 출력의 스테이지 히터를 사용하여 시스템에 열량을 제공할 수 있는데, 상기한 바와 같이 라디에이션 쉴드 히터를 사용하면 넓은 영역을 가열하면서도 높은 출력을 만족할 수 있으며, 측정장치와 외부환경의 온도 차이를 섭씨 10도 내외로 맞출 수 있어 라디에이션 효과를 제거할 수 있다.The
한편, 제 2 실시예에 따르면, 상기 히터(310)는 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(100)의 바닥면으로부터 일정 거리(D2) 이격 배치될 수 있다. 이때, 히터(310)의 이격 거리(D2)는 냉각유닛(400)을 구성하는 히트싱크(420)와 챔버(100)이 이격 거리(D1)와 대응되도록 구성될 수도 있다.Meanwhile, according to the second embodiment, the
또한, 제 3 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 히터(310)와 별도로, 라디에이션 쉴드 프레임(2000)을 가지는 라디에이션 쉴드 히터(2100)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기한 제백계수 측정장치를 구성하는 히터유닛(300), 냉각유닛(400) 및 절연유닛(500) 등은 상기 라디에이션 쉴드 프레임(2000)의 내부 공간부에 배치될 수 있다.In addition, according to the third embodiment, as shown in FIG. 3, a
이와 같은 구성을 통해 진공 조건에서 전체 시스템의 열량 제공 및 시스템의 온도 변동 요소 중 하나인 복사 현상을 최대한 억제하는 것이 가능하다. 즉, 스테이지 히터(310)에 고출력이 인가됨에 따라 전체 시스템 가열에 필요한 시간이 단축될 수 있으며, 가열에 필요한 시간은 출력에 반비례하여 500 내지 5000 s 가량 소모되도록 설정될 수 있다.With such a configuration, it is possible to suppress the radiation phenomenon, which is one of the temperature fluctuation factors of the system and the provision of the heat quantity of the entire system under the vacuum condition. That is, as the high output is applied to the
제 1 열 저장부(320)는 바닥면은 상기 히터(310) 상측에 면접하고, 상부면은 후술할 절연유닛(500)과 면 접촉하도록 배치될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 제 1 열 저장부(320)는 열전도성 금속인 구리 및 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 열 저장부(320)는 히터(310)와 함께 측벽이 상기한 지그(210)에 의해 고정 및 지지될 수 있다. 한편, 제 1 열 저장부(320)의 바닥면은 상부면 보다 넓게 구성되어, 히터(310)와이의 접촉 면적이 후술할 절연유닛(500)을 구성하는 제 1 절연기판(510)과의 접촉 면적보다 넓게 구성될 수 있다. The bottom surface of the first
냉각유닛(400)은 히터유닛(300)의 상측에 배치될 수 있으며, 상기 히터유닛(300)에서 생성된 열을 시스템에서 챔버(100)의 내부 공간부 측으로 방출할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 냉각유닛(400)은 제 2 열 저장부(410)와 히트싱크(420)로 구성될 수 있다. The
제 2 열 저장부(410)는 상기한 제 1 열 저장부(320)와 동일하게 구성될 수 있다. 예컨대, 고전도성 금속인 구리 혹은 알루미늄 재질로 형성되며, 상부면이 더 넓게 구성되어, 후술할 절연유닛(500)을 구성하는 제 2 절연기판(520)과의 접촉 면적보다 히트싱크(420)와의 접촉 면적을 더 크게 구성할 수 있다.The second
히트싱크(420)는 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 냉각모듈(421), 제 2 냉각모듈(422), 연결부(423), 유입구(424) 및 배출구(425)를 포함할 수 있다. The
제 1 냉각모듈(421)은 도시된 바와 같이 대략 원통 형상으로 마련될 수 있으며, 내부에 지그재그 형태로 냉각수 유로가 형성될 수 있다. 제 1 냉각모듈(421)은 열 전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 하나의 몸체로 구성될 수 있다. The
제 2 냉각모듈(422)은 상기한 제 1 냉각모듈(421)과 동일한 구성으로 마련될 수 있다. 즉, 제 2 냉각모듈(422)은 내부에 지그재그 형태로 냉각수 유로가 형성될 수 있다. 또한, 제 2 냉각모듈(422)은 열 전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 하나의 몸체로 구성될 수 있다. The
한편, 제 1 및 제 2 냉각모듈(421)(422)은 상하 결합을 통해 원통형상을 가지도록 구성할 수 있는데, 각각의 바닥면에는 연결부(423)를 구성하여, 이 연결부(423)를 통해 내부에 지그재그로 형성된 냉각수 유로를 상호 연통시킬 수 있다.The first and
또한, 상기 제 1 냉각모듈(421)의 일측면에는 냉각수가 유입되는 유입구(424)가 형성되고, 상기 제 2 냉각모듈(422)의 일측면으로, 상기 유입구(424)가 형성된 면과 동일한 면에는 배출구(425)가 형성될 수 있다. 이와 같이 유입구(424)와 배출구(425)를 동일 측벽에 형성하면, 냉각수의 이동 거리가 길어지게 되므로, 보다 효과적으로 열교환을 진행시킬 수 있다.One side of the
한편, 상기 냉각수는 냉매로 사용할 수 있는 액체 또는 기체 중 어느 하나를 사용할 수 있는데, 이를 한정하는 것은 아니다. 본 실시예에 따르면, 냉각수로 증류수를 활용할 수 있다. 증류수는 비열이 크고 냉각수 온도제어 시스템 구축이 용이하며, 열량 배출 제어가 쉽기 때문이다. 또는 냉각수 대신 질소, 헬륨 공기 등과 같은 기체를 사용하는 것도 가능하다. On the other hand, the cooling water may use any one of a liquid and a gas which can be used as a refrigerant, but the present invention is not limited thereto. According to this embodiment, distilled water can be utilized as cooling water. This is because distilled water has a large specific heat, it is easy to construct a cooling water temperature control system, and it is easy to control the discharge of heat. Alternatively, it is possible to use a gas such as nitrogen, helium air or the like instead of the cooling water.
한편, 상기한 바와 같이 제 1 및 제 2 냉각모듈(421)(422)은 열 전도성이 우수한 금속 재질로 형성될 수 있는데, 일 예로 본 실시예에 따르면 구리 혹은 알루미늄 재질로 외형을 구성하여 전체 시스템에서 발생하는 열량을 효과적으로 냉각수로 전달할 수 있다. As described above, the first and
또한, 제 1 및 제 2 냉각모듈(421)(422)은 대칭 형태의 2단 구조를 사용하는 것이 좋으며, 저온의 냉각수가 가열로 인해 발생되는 배출판의 평면방향의 온도구배를 최소화할 수 있다.The first and
절연유닛(500)은 히터유닛(300)과 냉각유닛(400) 사이에 개재되는 것으로, 한 쌍의 제 1 및 제 2 절연기판(510)(520)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 절연기판(510)(520)은 세라믹 소재 절연 기판(ceramic substrate)으로 마련될 수 있으며, 전기적인 연결과 방열의 역할을 동시에 수행할 수 있다. 제 1 및 제 2 절연기판(510)(520)은 전기전도성이 좋은 금 혹은 구리로 구성된 얇은 금속막으로 일부 덮여있는 세라믹 소재로 마련될 수 있으며, 세라믹 재질은 알루미나(Al2O3) 혹은 질화 알루미늄(AlN)일 수 있다. 이때, 금속막 부분은 외부 계측기로 연결하는 단자로써 이용된다.The insulating
센싱유닛(100)은 상기한 한 쌍의 제 1 및 제 2 절연기판(510)(520) 사이에 개재되며, 한 쌍이 대칭으로 배치될 수 있다. 즉, 센싱유닛(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 샘플(S)을 사이에 두고 샌드위치 형상으로 배치될 수 있으며, 멤스(MEMS) 기술을 이용하여 제작된 정밀 백금 센서로 마련될 수 있다. 센싱유닛(1000)은 박막 표면 온도 측정 시 백금 100Ω RTD 센서로 마련될 수 있다. 센싱유닛(1000)은 도 10에 도시된 바와 같이, 단자부에 대하여 대각 방향으로 배치되는 복수 개의 기준선(1100)을 마련하여, 이 기준선(1100)에 샘플(S)을 도 11과 같이 올려 놓아야 전체 영역의 평균화된 온도를 얻을 수 있다.The
한편, 샘플(S)은 도 12에 도시된 바와 같이, 대상 열전물질을 증착 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 즉, 박막형 열전물질 합성 방법으로 연구실 및 실제 산업에서 많이 사용되는 PLD 및 CVD, ALD, Sputtering 등을 사용 가능하다. 본 실시예에 따른 제백계수 측정장치는 현재 상용 측정장비가 측정할 수 없는 1 ~ 100 μm 두께의 증착 박막을 측정 대상으로 하기 때문에, 열전성능을 늘리기 위해서 연구 단계로 많이 연구 되고 있는 Nanostructured bulk material 물질을 샘플(S) 대상으로 할 수 있다. 이와 같은 샘플(S)은 열전성능을 높이기 위해 저열전도도, 고전기전도도를 확보할 수 있는 구조로서, 최상측에 열전 재질(S)을 배치하고, 그 기저면에 타겟 물질 베이스(target material base)로 산화 실리콘(SiO2)(S1)와 실리콘(Si)(S2)이 배치될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 샘플(S)은 열전소재 발전용으로는 저온 영역에 해당하는 200 ℃ 미만 영역에서 특화된 물질, 예를 들어 Be-Te 계 물질 등을 이용하여 합성할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 12, the sample S can be formed by using a deposition method. That is, PLD, CVD, ALD, and sputtering, which are widely used in the laboratory and the real industry, can be used as a thin film thermoelectric material synthesis method. Since the whitening coefficient measuring apparatus according to the present embodiment is used for measurement of a deposited thin film of 1 to 100 μm thickness which can not be measured by commercial measurement equipment, the nanostructured bulk material Can be used as a sample (S). Such a sample S is a structure capable of securing a low thermal conductivity and a high electric conductivity in order to improve the thermoelectric performance. The thermoelectric material S is disposed on the uppermost side, and a target material base It has a silicon oxide (SiO 2) (S1) and silicon (Si) (S2) can be placed. With this configuration, the sample S can be synthesized by using a specific material such as a Be-Te-based material in a region of less than 200 ° C corresponding to a low-temperature region for thermoelectric material power generation.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 샘플을 관통하는 수직방향(cross-plane)으로 제백계수를 측정할 수 있기 때문에, 열전소재의 독특한 결정구조로 인한 수평방향과 수직방향의 서로 다른 열전 특성을 측정하는 것이 가능하다.According to the present embodiment as described above, since the whitening coefficient can be measured in a cross-plane passing through the sample, it is possible to measure different thermoelectric properties in the horizontal direction and the vertical direction due to the unique crystal structure of the thermoelectric material It is possible to do.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.
100; 챔버 110; 터보펌프
200; 지그모듈 210; 지그
220; 고정유닛 300; 히터유닛
310; 히터 320; 제 1 열 저장부
400; 냉각유닛 410; 제 2 열 저장부
420; 히트싱크 421; 제 1 냉각모듈
422; 제 2 냉각모듈 423; 연결부
424; 유입구 425; 배출구
500; 절연유닛 510; 제 1 절연 저장부
520; 제 2 절연 저장부 1000; 센싱유닛
1100; 기준선 2000; 라디에이션 쉴드 프레임
2100; 라디에이션 쉴드 히터 S; 샘플100;
200; A
220;
310;
400; A
420; A
422; A
424;
500; Insulating
520; A second insulating
1100;
2100; Radiation shield heater S; Sample
Claims (10)
상기 챔버에 설치되어 상기 내부 공간부의 공기를 배출하여, 상기 챔버 내부 공간부의 진공도를 조절하는 터보펌프;
상기 내부 공간부에 설치되며, 복수의 구조물들의 측벽을 지지하여 위치 고정하는 지그모듈;
상기 지그모듈에 의해 위치 고정되며, 상기 내부 공간부의 바닥면에 배치되는 히터유닛;
상기 히터유닛 상측에 배치되어 상기 히터유닛의 열을 외부로 방출하는 냉각유닛;
상기 히터유닛과 냉각유닛 사이에 개재되는 적어도 한 쌍의 절연유닛; 및
상기 한 쌍의 절연유닛 사이에 개재되는 한 쌍의 센싱유닛;을 포함하며,
실리콘 표면에 산화실리콘이 형성되어 이루어지는 타겟 물질 베이스 상에 피측정 대상인 샘플이 박막형태로 형성되고, 상기 샘플이 상기 타겟 물질 베이스 상에 형성된 상태로 상기 한 쌍의 센싱유닛 사이에 개재되며,
상기 지그모듈은,
상기 히터유닛과 냉각유닛의 상하좌우 요동을 방지할 수 있도록 상기 히터유닛과 냉각유닛의 양 측벽을 지지하는 한 쌍의 지그; 및
상기 지그의 위치를 고정하는 고정유닛;을 포함하며,
상기 히터유닛은,
상기 챔버 바닥면에 고정 배치되는 히터; 및
바닥면은 상기 히터 상측에 면접하고, 상부면은 상기 절연유닛과 면 접촉하도록 배치되는 제 1 열 저장부;를 포함하고,
상기 냉각유닛은,
바닥면은 상기 절연유닛과 면 접촉하는 제 2 열 저장부; 및
상기 제 2 열 저장부의 상부면과 면 접촉하여, 상기 제 2 열 저장부를 통해 전달된 열을 상기 챔버 외부 공간부로 배출하는 히트싱크;를 포함하며,
상기 히트싱크는,
상기 챔버의 내부 공간부와 근접한 위치에 배치되며, 내부에 냉각수 유로를 가지는 제 1 냉각모듈;
상기 제 2 열 저장부로부터 전달되는 열원과 근접한 위치에 배치되며, 내부에 냉각수 유로를 가지는 제 2 냉각모듈;
상기 제 1 및 제 2 냉각모듈의 냉각수 유로를 연통하는 연결부;
상기 제 1 냉각모듈 내부로 냉각수가 유입되는 유입구; 및
상기 제 2 냉각모듈의 열교환된 냉각수를 배출하는 배출구;를 포함하는 열전박막의 제백계수 측정장치.
A chamber configured to maintain a vacuum degree in an inner space portion;
A turbo pump installed in the chamber for discharging air in the internal space part and adjusting a degree of vacuum in the chamber internal space part;
A jig module installed in the inner space and supporting and fixing a side wall of a plurality of structures;
A heater unit fixed by the jig module and disposed on a bottom surface of the inner space;
A cooling unit disposed above the heater unit for discharging the heat of the heater unit to the outside;
At least a pair of insulating units interposed between the heater unit and the cooling unit; And
And a pair of sensing units interposed between the pair of insulating units,
A sample to be measured is formed in a thin film form on a target material base formed by forming silicon oxide on a silicon surface and interposed between the pair of sensing units with the sample formed on the target material base,
The jig module includes:
A pair of jigs supporting the heater unit and both side walls of the cooling unit so as to prevent the heater unit and the cooling unit from swinging up and down and left and right; And
And a fixing unit for fixing the position of the jig,
The heater unit includes:
A heater fixedly disposed on the bottom surface of the chamber; And
And a first heat storage portion arranged to face the bottom surface of the heater and the upper surface to be in surface contact with the insulating unit,
The cooling unit includes:
A bottom surface of which is in surface contact with the insulating unit; And
And a heat sink which is in surface contact with the upper surface of the second heat storage part and discharges heat transferred through the second heat storage part to the external space of the chamber,
The heat sink
A first cooling module disposed at a position close to an inner space of the chamber and having a cooling water flow path therein;
A second cooling module disposed at a position close to a heat source transmitted from the second heat storage part and having a cooling water flow path therein;
A connection part communicating the cooling water flow paths of the first and second cooling modules;
An inlet through which cooling water flows into the first cooling module; And
And an outlet for discharging the heat-exchanged cooling water of the second cooling module.
고전도성 금속인 구리 혹은 알루미늄으로 형성되는 열전박막의 제백계수 측정장치.
The plasma display apparatus according to claim 1,
An apparatus for measuring the whiteness coefficient of a thermoelectric thin film formed of copper or aluminum, which is a highly conductive metal.
상기 제 1 및 제 2 냉각모듈은 지그재그 형상의 냉각수 유로를 가지는 열전박막의 제백계수 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second cooling modules each have a zigzag cooling water flow path.
상기 유입구와 배출구는 서로 동일 측벽에 형성되는 열전박막의 제백계수 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the inlet port and the outlet port are formed on the same side wall.
상기 샘플의 배치 위치를 안내하는 기준선;을 더 포함하는 열전박막의 제백계수 측정장치.
The apparatus of claim 1, wherein the sensing unit comprises:
And a reference line for guiding an arrangement position of the sample.
MEMS 기술이 적용된 센싱 패턴이 백금(Pt) 재질로 형성되는 열전박막의 제백계수 측정장치.
The apparatus of claim 1, wherein the sensing unit comprises:
An apparatus for measuring the whiteness coefficient of a thermoelectric thin film in which a sensing pattern using MEMS technology is formed of platinum (Pt) material.
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