KR101781985B1 - 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101781985B1 KR101781985B1 KR1020160000223A KR20160000223A KR101781985B1 KR 101781985 B1 KR101781985 B1 KR 101781985B1 KR 1020160000223 A KR1020160000223 A KR 1020160000223A KR 20160000223 A KR20160000223 A KR 20160000223A KR 101781985 B1 KR101781985 B1 KR 101781985B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- inorganic
- organic
- semiconductor device
- thermoelectric semiconductor
- beads
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 93
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 title description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 41
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 52
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 16
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 9
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 claims description 7
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 7
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 6
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229910002909 Bi-Te Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 7
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- -1 Ag- Sb) -Te system Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008310 Si—Ge Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003471 inorganic composite material Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 235000021109 kimchi Nutrition 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L35/12—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
-
- H01L35/14—
-
- H01L35/16—
-
- H01L35/18—
-
- H01L35/24—
-
- H01L35/32—
-
- H01L35/34—
-
- H01L51/0533—
-
- H01L51/0587—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
- H10N10/852—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
- H10N10/853—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising arsenic, antimony or bismuth
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/856—Thermoelectric active materials comprising organic compositions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은, 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 금속 구조체, 금속 구조체 상에 형성되어, 내부에 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 무기물 구조체 및 무기물 구조체의 내부 공극에 위치하는 유기물 구조체를 포함하는 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자는 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되어 낮은 열전도율과 함께, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며, 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자는 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되어 낮은 열전도율과 함께, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며, 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되어 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있는 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법소자에 관한 것이다.
일반적으로 열전반도체 소자는 광전자 분야의 광통신 반도체 레이저, CCD(Charge Coupled Device)카메라, 광전자 증배관, 각종 써모그래프(Thermograph), 적외선 가스분석기, 흑체 표준 항온플레이트 및 열추적 미사일 센서 등에 사용되고, 일반 전자 분야의 반도체 공정용 항온조, 반도체 공정용 항온플레이트, 반도체 공정용 순환기 및 LSI(Large Scale Integrated circuit) 온도 사이클 테스터 등에 사용되며, 일반 가정용 전자 제품의 순간 냉온 정수기 및 김치 냉장고 등에 사용되어 이들 장치의 온도를 적정하게 유지시키거나, 온도 차이에 의한 발전기로 응용이 가능하게 된다.
한편, 열 에너지와 전기 에너지 사이의 변화에 관한 현상을 일반적으로 열전 현상이라고 부르는데, 이러한 열전 현상에는 제벡 효과와 펠티에 효과가 있다.
제벡 효과(Seebeck Effect)는 두 종류의 물질, 이를테면 안티몬(Sb)과 비스무트(Bi)와 같은 종류가 다른 두 금속선의 양단을 각각 접속하여 루우프를 만들고 한쪽 접속점을 고온으로, 다른 쪽 접속점을 저온으로 하면 전류가 흐르는 현상을 말하고, 이와는 반대로 펠티에 효과(Peltier Effect)는 종류가 다른 물질의 접합점에 전류를 흘리면 열의 발생이나 흡수가 일어나는 현상을 말한다.
이하에서 열전 반도체라는 용어는 이러한 제벡 효과와 펠티에 효과를 이용하여 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키거나 이와 반대로 열 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자를 총칭하는 개념으로 사용될 수 있다.
이러한 현상을 이용하는 열전 반도체 소자에서의 열전 반도체는 소자의 양단에 온도 차이가 있을 때 소자 내부의 캐리어(Carrier)가 이동함으로 인해 기전력이 발생하는 현상 또는 반대 현상을 이용한 것으로서 친환경 무소음 냉각 및 무공해 전기 발전을 가능케 하고 있다.
그중 제벡 효과를 이용하는 열전 반도체의 원리는 일정한 금속막대의 양단에 온도 차이가 발생하게 되면, 예를 들어 n-type의 경우, 고온단에 있는 전자들은 저온단에 있는 전자들 보다 더 높은 운동에너지를 가지게 됨으로써 고온단에 있는 전자들은 평균적으로 페르미 레벨(Fermi level)보다 높은 에너지 상태로 되기 때문에 고온단에 있는 전자들은 에너지를 낮추기 위해 저온단으로 확산된다.
또한, 전자들이 저온단으로 이동함에 따라 저온단은 " - " 로 대전되고, 고온부는 " + " 로 대전되어 금속막대의 양단 간에 전위 차이가 발생하게 되는데 이러한 전위차이를 열기전력(Thermoelectromotive force)이라 한다.
한편, 이러한 열전 반도체 소자에서, 무기 재료(무기열전 재료)는 제벡 계수가 높고, 전기전도율이 높은 장점이 있으나, 열전도율이 높다는 문제점이 있다. 이에 반하여, 유기 재료(유기열전 재료)는 제벡 계수가 낮은 반면, 열전도율이 낮다는 장점이 있다.
따라서, 이와 같은 무기 재료와 유기 재료를 하이브리드화하여, 낮은 열전도율과 함께, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며, 안정된 열전특성을 발휘하는 유기-무기 복합 반도체 소자 및 제조방법에 관한 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되어 낮은 열전도율과 함께, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며, 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있는 유기-무기 복합 반도체 소자를 제공하는데 있다.
또한, 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되어 우수한 열전특성을 발휘하면서 제조 공정이 간단한 유기-무기 복합 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 있다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자는 금속 구조체, 상기 금속 구조체 상에 형성되어, 내부에 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 무기물 구조체 및 상기 무기물 구조체의 내부 공극에 위치하는 유기물 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 공극은 2층 이상의 공극 층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속 구조체는 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 백금(Pt), 금(Au), 비스무스(Bi), 안티모니(Sb), 테릴륨(Te) 및 이들의 합금으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 무기물은 Bi-Te계, Sb-Te계, Pb-Se계, Ag-Te계, Ag-Se계, Bi-(Te, Se)계, (Bi-Sb)-Te계, Si-Ge계, Pb-Te계, GeTe-AgSbTe계 및 (Co, Ir, Ru)-Sb 계로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 유기물은 도전성 고분자로서 PEDOT, 폴리 아닐린, 폴리 아닐린 유도체, 폴리피롤, 폴리피롤 유도체, 폴리아센, 폴리아센 유도체 및 이들의 공중합체로부터 선택된 적어도 1종로 이루어질 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 제조방법은 금속 구조체 상에 상호 연결된 복수의 비드를 도포하는 단계, 상기 비드 표면에 무기물을 도금하여 무기물 구조체를 형성하는 단계, 상기 무기물 구조체 내부의 상기 비드를 제거하여 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 다공질 구조를 형성하는 단계 및 상기 다공질 구조에 유기물을 주입하여 유기물 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 공극의 형상은 상기 비드의 형상과 대응되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 비드를 도포하는 단계는, 2층 이상의 비드층 도포할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 비드는 상기 고분자 또는 절연체 비드일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 고분자 비드는 PS 비드일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 절연체 비드는 유리 비드일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 무기물 구조체를 형성하는 단계는, 전해도금으로 무기물을 도금하여 무기물 구조체를 형성할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 다공질 구조를 형성하는 단계는, 상기 비드를 클로로폼, 메탄올 또는 황산 중에서 선택되는 적어도 1종의 용매로 녹여 제거할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자는 P형의 열전 반도체 소자와 N형의 열전 반도체 소자가 금속 전극을 사이에 두고 접합하여 PN소자 쌍을 형성하는 열전 반도체 소자에 있어서, 상기 P형의 열전 반도체 소자 및 상기 N형의 열전 반도체 소자 중 적어도 어느 하나의 열전 반도체 소자는, 금속 구조체, 상기 금속 구조체 상에 형성되어, 내부에 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 무기물 구조체 및 상기 무기물 구조체의 내부 공극에 위치하는 유기물 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자는 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되어 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자의 제조방법은 간단하면서 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되는 구조적으로 우수한 구조체를 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 구조의 열전 반도체 소자를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 및 유기물 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열전 반도체 소자 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전해도금법에 의한 전착 공정을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 제벡 계수 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 파위 팩터 특성을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 및 유기물 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열전 반도체 소자 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전해도금법에 의한 전착 공정을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 제벡 계수 특성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 파위 팩터 특성을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 일반적인 구조의 열전 반도체 소자를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다. 한편, 열전 반도체의 열전 특성을 이용하여 열전 냉각, 열전 가열 및 열전 발전을 시키는 장치는 모두 그 기본 구성으로서 도 1과 같은 구조를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 일반적인 구조의 열전 반도체 소자(10)는 P형의 열전 반도체 소자(30)와, N형의 반도체 소자(40)를 금속전극(50)을 사이에 두고 접합하여 PN소자 쌍을 형성하여 이루어진 열전 소자를 복수개 직렬로 배열하여 접속한 구성을 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속전극(50)은 하부 금속전극(50a) 및 상부 금속전극(50b)을 포함할 수 있으며, 상기 하부 금속전극(50a)은 별도의 하부 지지기판(20) 상에 스퍼터링법을 통해 형성할 수 있고, 상기 상부 금속전극(50b)은 별도의 상부 지지기판(60) 상에 스퍼터링법을 통해 형성할 수 있다.
즉, 일반적인 구조의 열전 반도체 소자(10)는 상하로 간격을 두고 평행하게 배열된 두층의 지지기판, 즉, 상부 지지기판(60) 및 하부 지지기판(20)을 포함할 수 있으며, 각각의 지지기판 상에 금속전극(50)이 각각 스퍼터링법을 통해 형성될 수 있다. 이때, 상기 지지기판은 실리콘 기판 또는 알루미나(Al2O3)기판을 사용할 수 있고, 상기 금속전극은 일반적인 금속을 사용할 수 있으며, 구체적으로 Cu, Ni, Au, Ag 등의 단일막 또는 다층막을 사용할 수 있다. 이는 당업계에서 자명한 사항이므로, 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 일반적인 구조의 열전 반도체 소자(10)에서, 상기 열전 반도체 소자(30,40)를 형성시키는 열전 반도체 소자 물질은 5B족인 비스무트(Bi) 및 안티몬(Sb)으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 원소와, 6B족인 텔레늄(Te) 및 셀레늄(Se)으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 원소로 이루어진 복합 화합물을 포함할 수 있으며, 주로 5B족(Bi 및 Sb)의 원자수와, 6B족(Te 및 Se)의 원자수의 비가 2:3 되는 조성의 합금을 포함할 수 있다.
예를 들어, 열전 반도체 소자들로는 열전 기능이 탁월한 Bi2Te3,Bi2Se3,Sb2Te3등을 사용할 수 있다.
이때, 금속전극의 양단에 온도 차이가 발생하게 되면 n-type 의 경우, 고온단에 있는 전자들은 저온단에 있는 전자들 보다 더 높은 운동에너지를 가지게 됨으로써 고온단에 있는 전자들은 평균적으로 페르미레벨(Fermi level)보다 높은 에너지 상태로 되니 때문에 고온단에 있는 전자들은 에너지를 낮추기 위해 저온단으로 확산된다.
또한, 전자들이 저온단으로 이동함에 따라 저온단은 "-" 로 대전되고, 고온부는 "+"로 대전되어 금속전극의 양단 간에 전위 차이가 발생하게 되는데 이러한 전위차이를 통해 열기전력(Thermoelectromotive force) 이 발생하게 된다.
이때, 일반적으로 열전 반도체의 제조에 사용하는 재료의 열전 성능은 이하의 식으로 평가될 수 있다.
여기서, Z: 성능지수, α: 제벡 계수, σ: 전기 전도율, k: 열 전도율, ρ: 비저항이다.
일부 경우에서 무차원 성능 지수(ZT)가 이용되는데, 여기에서 T는 장치의 고온부와 저온부의 평균 온도일 수 있다.
따라서 열전 반도체 재료의 열전 성능(성능지수:ZT)을 향상시키기 위해서는 제벡 계수(α) 또는 전기 전도율(σ)의 값을 높이거나 열전도율(k) 또는 비저항(ρ)을 낮게 하면 좋다는 것을 알 수 있다.
이를 위하여, 상술한 바와 같이, 제벡 계수가 높고, 전기전도율이 높은 장점이 있는 무기재료와 열전도율이 낮은 유기재료를 하이브리드화 함으로써, 유기 재료와 무기 재료의 2종의 성질을 동시에 발현시킬 수 있는 유기-무기 하이브리드 열전 재료의 개발이 진행되고 있다.
하지만, 현재까지의 열전 재료는 하이브리드화 했을 때에, 낮은 열전도율과 함께, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며 안정된 열전특성을 발휘하는 것이 곤란한 상태이다.
따라서, 본 발명에서는 낮은 열전도율과 함께, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며, 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있는 유기-무기 하이브리드 열전 재료를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 유기-무기 복합 반도체 소자는 금속 구조체, 무기물 구조체 및 유기물 구조체를 포함한다.
상기 금속 구조체는 공지된 금속 재질일 수 있으며, 예를 들어, 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 백금(Pt), 금(Au), 비스무스(Bi), 안티모니(Sb), 테릴륨(Te) 및 이들의 합금으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어질 수 있고, 다만 본 발명에서 상기 금속 구조체의 재질을 제한하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 구조체(200)를 나타낸 사시도이다. 상기 무기물 구조체(200)는 상기 금속 구조체 상에 형성되어, 내부에 상호 복수의 공극을 가진다. 이때, 상기 복수의 공극은 2층 이상의 공극 층으로 이루어질 수 있으며, 상기 복수의 공극의 평균 크기가 수십 nm 내지 수십 um일 수 있다.
또한, 상기 복수의 공극은 모두 동일한 크기를 가질 수 있고, 2종 이상의 크기 분포를 가질 수도 있다. 상기 공극이 2종 이상의 크기 분포를 가져 서로 다른 크기의 공극이 혼재되어 있는 경우, 상기 복수의 공극의 상호 연결된 정도가 단일 크기인 경우 보다 커질 수 있다.
또한, 상기 무기물은 Bi-Te계, Sb-Te계, Pb-Se계, Ag-Te계, Ag-Se계, Bi-(Te, Se)계, (Bi-Sb)-Te계, Si-Ge계, Pb-Te계, GeTe-AgSbTe계 및 (Co, Ir, Ru)-Sb 계로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어질 수 있으며, 무기물의 종류를 제한하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 및 유기물 구조체(100)를 나타낸 사시도이다. 상기 유기물 구조체(300)는 상기 무기물 구조체(200)의 내부 공극에 위치할 수 있다. 이와 같이, 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되어 낮은 열전도율과 함께, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며, 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있다.
이때, 상기 유기물은 도전성 고분자로서 PEDOT -, 폴리 아닐린, 폴리 아닐린 유도체, 폴리피롤, 폴리피롤 유도체, 폴리아센, 폴리아센 유도체 및 이들의 공중합체로부터 선택된 적어도 1종로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도전성 고분자에 도핑을 통해서 전도도를 더 높일 수 있다. 일 실시예로, 상기 유기물은 PEDOT와 PSS 도펀트의 복합체인 PEDOT:PSS로 이루어 질 수 있다. 상기 PEDOT:PSS는 ( poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate))이다.
도 4는 본 발명에 따른 열전 반도체 소자 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다. 본 발명에 따른 유기-무기 복합 반도체 소자의 제조방법은 비드를 도포하는 단계, 무기물 구조체를 형성하는 단계, 다공질 구조를 형성하는 단계 및 유기물 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 비드를 도포하는 단계는 금속 구조체(110) 상에 상호 연결된 복수의 비드(120) 를 적층하는 단계이다. 상기 고분자 비드 도포 단계는, 2층 이상의 비드 층을 도포할 수 있고, 상기 비드는 고분자 비드 또는 절연체 비드일 수 있다. 상기 고분자 비드는 PS(Polystyrene) 비드일 수 있으며, 상기 절연체 비드는유리 또는 산화물 비드일 수 있으나, 비드의 종류를 제한하는 것은 아니다.
상기 비드는 평균 크기가 수십 nm 내지 수십 um 일 수 있다. 또한, 상기 복수의 비드는 모두 동일한 크기를 가질 수 있고, 2종 이상의 크기 분포를 가질 수도 있다. 상기 비드가 2종 이상의 크기 분포를 가져 서로 다른 크기의 비드가 혼재되어 있는 경우, 상기 비드의 상호 연결된 정도가 단일 크기인 경우 보다 커질 수 있다.
상기 무기물 구조체를 형성하는 단계는 상기 비드(120) 표면에 무기물을 도금하여 무기물 구조체(200)를 형성하는 단계이다. 이때, 본 발명에서 상기 비드 표면에 공지된 전해도금, 무전해도금, 치환도금 또는 전기영동 등의 전기화학공정에 의해 무기물 구조체를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 전해도금법에 의한 전착 공정을 도시하는 개략적인 도면이다. 상기 전해도금법에 의한 전착 공정은 전기화학적 방법으로 전착 형성하는 것으로, 도너기판을 작업전극(250)으로 하여, 상기 열전 반도체 소자를 형성하기 위한 이온을 포함하는 액체 전해질(280)에 상기 기판을 담지한 후, 상대전극(260) 및 기준전극(270)을 이용하여 일정전류 또는 일정전압을 인가하는 방식을 말한다.
상기 전기화학적 방법은 구체적으로 정전류법, 정전위법 및 순환전류법 등을 사용할 수 있는 바, 상기 각각의 방법은 열전 반도체 소자의 두께를 자유롭게 조절하기 위하여 각각의 인자를 조절할 수 있다.
예를 들어, 상기 정전류법은 인가전류가 0.01 내지 -100mA/㎠ 범위이고, 전류인가시간이 1분 내지 500분 범위이며, 상기 정전위법은 인가전위가 0.1 내지 1.5V 범위이고, 전위인가시간이 1분 내지 500분 범위이며, 상기 순환전류법은 전위주사속도가 1 내지 1000mV/s 범위이고, 순환전위회수가 1 내지 500회 범위내에서 수행될 수 있다,
이때, 상기 전해도금 방법은 통상적으로 상온 및 상압 하에서 수행되는바, 이는 일반적으로 진행되는 고온, 고압 공정에 비해 온화한 조건 유지가 가능하다.
한편, 상기 작업전극은 실리콘 기판 상에 스퍼터링 방법에 의해 Ni/Au를 적층한 구조의 금속전극을 형성한 도너기판일 수 있으며, 상대전극으로는 전도성이면서 전해질과 반응하지 않는 기판이 적합하며, 구체적으로는 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 백금(Pt), 금(Au), 인듐-주석산화물(ITO), 유리, 스테인리스 스틸(stainless steel) 및 탄소 기판 등으로부터 각각 적절히 선택될 수 있다. 또한, 일반적으로 기준전극은 Ag/AgCl을 사용할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 공지된 전해도금법을 통하여, 상기 비드 표면에 무기물 소자층, 즉, Bi-Te계, Sb-Te계, Pb-Se계, Ag-Te계, Ag-Se계, Bi-(Te, Se)계, (Bi-SB)-Te계, Si-Ge계, Pb-Te계, GeTe-AgSbTe계 및 (Co, Ir, Ru)-Sb 계로부터 선택된 적어도 1종의 무기물을 형성함으로써, 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 구조체(200)를 형성할 수 있다.
한편, 일반적인 열전소자의 형성방법의 경우, n-type의 열전소재와 p-type의 열전소재를 형성함에 있어서, 일반적으로 벌크형의 경우 소결법을 이용하고 박막의 경우 CSVT(Close Space Vapor Transport)법, 공증착법(Co-evaporation) 또는 MOCVD법 등을 사용하고 있다.
하지만, 이러한 형성방법의 경우, 증착온도가 높고, 증착공정이 진공상태에서 이루어지게 되나, 본 발명에 따른 전기화학적 방법은 통상적으로 상온 및 상압하에서 수행되는 바, 일반적으로 진행되는 고온, 고압 공정에 비해 온화한 조건 유지가 가능하다.
따라서, 본 발명에서는 상기 열전 반도체 소자를 형성하는 공정이, 일반적으로 진행되는 고온, 고압 공정에 비해 낮은 상온 및 상압조건에서 수행되므로, 고온 및 고압에 의한 열전 반도체 소자의 손상을 방지할 수 있다.
상기 다공질 구조를 형성하는 단계는 상기 무기물 구조체 내부의 상기 비드를 제거하여 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 다공질 구조를 형성하는 단계이다. 이때, 상기 복수의 공극의 형상은 상기 비드의 형상과 대응되도록 형성될 수 있으며, 상기 비드를 클로로폼, 메탄올 또는 황산 중에서 선택되는 적어도 1종의 용매로 녹여 제거할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 유기물-무기물 복합 구조체는 상기 다공질 구조에 유기물을 주입함으로써, 유기물-무기물 복합 구조체의 열전 반도체 소자를 구현할 수 있다,
상기 유기물은 폴리 아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리아센 또는 그 유도체와 이들의 공중합체로 이루어질 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 유기물의 종류를 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 유기물 구조체는 공지된 딥핑법 또는 스핀 코팅법에 의하여, 상기 복수의 공극에 형성될 수 있으며, 다만, 본 발명에서 상기 유기물 구조체의 형성방법을 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 소자유기-무기 복합 반도체 소자는 P형의 열전 반도체 소자와 N형의 열전 반도체 소자가 금속 전극을 사이에 두고 접합하여 PN소자 쌍을 형성하는 열전 반도체 소자에 있어서, 상기 P형의 열전 반도체 소자 및 상기 N형의 열전 반도체 소자 중 적어도 어느 하나의 열전 반도체 소자는, 금속 구조체, 상기 금속 구조체 상에 형성되어, 내부에 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 무기물 구조체 및 상기 무기물 구조체의 내부 공극에 위치하는 유기물 구조체를 포함한다,
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 반도체 소자를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 무기물 구조체는 Ni로 이루어진 금속 구조체 상에, 비드를 도포하고, 하기의 조건으로 전해도금법에 의해 무기물 구조체를 제조하였다. 전해도금법에 있어서 액체 전해질은 10mM의 SbO2와 10mM의 TeO2를 포함하였다.
도 6은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 제벡 계수 특성을 도시한 그래프이다. 도 6에서의 열전 반도체 소자는 상술한 무기물 구조체의 복수의 공극에 폴리 아닐린(PANI) 및 PEDOT: 의 유기물 소자를 위치시킴으로써, 유기물-무기물 복합 구조체의 열전 반도체 소자를 제조하였다.
상술한 바와 같이, 열전 반도체 재료의 열전 성능(성능지수:ZT)을 향상시키기 위해서는 제벡 계수(α) 또는 전기 전도율(σ)의 값을 증가시키거나 열전도율(k) 또는 비저항(ρ)을 저하하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전 반도체 소자는 파란색 원 영역에 위치한 Sb2Te3/PANI(conductivity:400~600S/cm),Sb2Te3/PEDOT:PSS(conductivity:600~1200S/cm)로서, 유기물 재료로 이루어진 PEDOT:PSS(전도성 고분자) 필름의 경우보다 제벡 계수(α) 또는 전기 전도율(σ)의 값이 상승함을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전 반도체 소자는 Bi2Te3/PANI의 유기물-무기물 복합 구조체의 경우보다 제벡 계수(α) 또는 전기 전도율(σ)의 값이 상승함을 알 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 Bi2Te3/PANI의 유기물-무기물 복합 구조체는 유기물 재료와 무기물 재료를 단순 혼합한 구성에 해당하는 것으로, 본 발명에 따라 제조된 유기물-무기물 복합 구조체는 종래의 유기물 재료와 무기물 재료를 단순 혼합한 유기-무기 하이브리드 열전 재료의 경우보다 열전 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 파위 팩터 특성을 도시한 그래프이다.
도 7에서의 열전 반도체 소자는 상술한 무기물 구조체의 복수의 공극에 폴리 아닐린(PANI)및 PEDOT:PSS의 유기물 소자를 위치시킴으로써, 유기물-무기물 복합 구조체의 열전 반도체 소자를 제조하였다.
이때, 파워 팩터(Power Factor)는 α2*σ (α: 제벡 계수, σ: 전기 전도율)로서, 전기 전도율과 제벡 계수의 변화를 동시에 고려한 성능 지표이며, 열전소자 소자가 생산하는 전력밀도를 평가할 때 사용되는 중요한 성능지수이다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 열전 반도체 소자는 파란색 원 영역에 위치한 Sb2Te3/PANI(conductivity:400~600S/cm), Sb2Te3/PEDOT:PSS(conductivity:600~1200S/cm)로서, 유기물 재료로 이루어진 PEDOT:PSS(전도성 고분자) 필름의 경우 보다 파워 팩터의 값이 상승함을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전 반도체 소자는 Bi2Te3/PANI의 유기물-무기물 복합 구조체의 경우보다 파워 팩터의 값이 상승함을 알 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 열전 반도체 재료의 열전 성능(성능지수: ZT)을 향상시키기 위해서는 제벡 계수(α) 또는 전기 전도율(σ)의 값을 증가시키면 되는데, 본 발명에 따른 열전 반도체 소자의 경우, 제벡 계수(α)가 증가하고, 또한, 전기 전도율과 제벡 계수의 변화를 동시에 고려한 파워 팩터(Power Factor)가 증가하기 때문에 열전 반도체의 성능 지수가 향상된다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 새로운 구조의 유기물-무기물 복합 구조체의 열전반도체 소자를 통하여, 높은 제벡 계수 및 전기전도율을 가지며, 우수한 열전특성을 안정되게 발휘할 수 있는 유기-무기 하이브리드 열전 재료를 제공할 수 있다. 또한 간단하면서 유기소재와 무기소재가 서로 연속적으로 연결되는 구조적으로 우수한 구조체를 제조하는 유기-무기 복합 반도체 소자의 제조방법을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 유기물-무기물 복합 구조체 110: 금속 구조체
120: 비드 200: 무기물 구조체
300: 유기물 구조체
120: 비드 200: 무기물 구조체
300: 유기물 구조체
Claims (14)
- 금속 구조체;
상기 금속 구조체 상에 형성되어, 내부에 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 무기물 구조체; 및
상기 무기물 구조체의 내부 공극에 위치하는 도전성 유기물 구조체를 포함하며,
상기 유기물 구조체와 상기 유기물 구조체가 서로 연속적으로 연결되어 전기전도율과 제벡 계수의 변화를 동시에 고려한 파워 팩터를 증가시키고,
상기 무기물은 Bi-Te계, Sb-Te계, Pb-Se계, Ag-Te계, Ag-Se계, Bi-(Te, Se)계, (Bi-Sb)-Te계, Si-Ge계, Pb-Te계, GeTe-AgSbTe계 및 (Co, Ir, Ru)-Sb 계로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어지며,
상기 유기물은 PEDOT, 폴리 아닐린, 폴리 아닐린 유도체, 폴리피롤, 폴리피롤 유도체, 폴리아센, 폴리아센 유도체 및 이들의 공중합체로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어지는 유기-무기 복합 열전 반도체 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 공극은 2층 이상의 공극 층으로 이루어진 유기-무기 복합 열전 반도체 소자.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 구조체는 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 카드뮴(Cd), 백금(Pt), 금(Au) , 비스무스(Bi), 안티모니(Sb), 테릴륨(Te) 및 이들의 합금으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어진 유기-무기 복합 열전 반도체 소자.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 따른 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법으로,
구조체 상에 상호 연결된 복수의 비드를 도포하는 단계;
상기 비드 표면에 무기물을 도금하여 무기물 구조체를 형성하는 단계;
상기 무기물 구조체 내부의 상기 비드를 제거하여 상호 연결된 복수의 공극을 갖는 다공질 구조를 형성하는 단계; 및
상기 다공질 구조에 유기물을 주입하여 유기물 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 복수의 공극의 형상은 상기 비드의 형상과 대응되도록 형성되는 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 비드를 도포하는 단계는, 2층 이상의 비드층을 도포하는 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 비드는 고분자 비드 또는 절연체 비드인 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 고분자 비드는 PS 비드인 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법
- 제9항에 있어서,
상기 절연체 비드는 유리 비드인 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 무기물 구조체를 형성하는 단계는, 전해도금으로 무기물을 도금하여 무기물 구조체를 형성하는 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 다공질 구조를 형성하는 단계는, 상기 비드를 클로로폼, 메탄올 또는 황산 중에서 선택되는 적어도 1종의 용매로 녹여 제거하는 유기-무기 복합 열전 반도체 소자 제조방법.
- P형의 열전 반도체 소자와 N형의 열전 반도체 소자가 금속 전극을 사이에 두고 접합하여 PN소자 쌍을 형성하는 열전 반도체 소자에 있어서, 상기 P형의 열전 반도체 소자 및 상기 N형의 열전 반도체 소자 중 적어도 어느 하나의 열전 반도체 소자는,
제1항에 따른 유기-무기 복합 열전 반도체 소자를 포함하는 유기-무기 복합 반도체 소자.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160000223A KR101781985B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법 |
| PCT/KR2016/003811 WO2017119549A1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-04-12 | 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160000223A KR101781985B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170081773A KR20170081773A (ko) | 2017-07-13 |
| KR101781985B1 true KR101781985B1 (ko) | 2017-09-28 |
Family
ID=59273656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160000223A KR101781985B1 (ko) | 2016-01-04 | 2016-01-04 | 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101781985B1 (ko) |
| WO (1) | WO2017119549A1 (ko) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102071264B1 (ko) * | 2017-07-24 | 2020-01-30 | 한국기계연구원 | 방열 기판 및 이의 제조방법 |
| KR102080888B1 (ko) * | 2018-01-15 | 2020-02-24 | 울산과학기술원 | 열전 페인트, 이의 제조방법 및 이를 통해 제조된 열전 소재 |
| CN108262071B (zh) * | 2018-01-25 | 2021-01-29 | 河南科技大学 | 催化剂载体用三维多孔聚吡咯修饰钛电极的制备方法 |
| KR102373540B1 (ko) * | 2018-04-19 | 2022-03-11 | 삼성전자주식회사 | 표준 셀들을 포함하는 집적 회로, 이를 제조하기 위한 방법 및 컴퓨팅 시스템 |
| CN109411593B (zh) * | 2018-10-31 | 2022-09-20 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | 一种n型聚苯胺基热电复合膜的制备方法 |
| CN114639770A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-06-17 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种含金属有机聚合物的室温基热电材料及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1041556A (ja) * | 1996-07-25 | 1998-02-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 多孔質熱電半導体及びその製造方法 |
| KR20110061751A (ko) * | 2009-12-02 | 2011-06-10 | 한국전자통신연구원 | 열전소자용 유-무기 하이브리드 나노섬유 및 그 제조방법 |
| KR101420232B1 (ko) * | 2010-08-20 | 2014-07-21 | 서강대학교산학협력단 | 홀을 가지는 다공성 박막 및 그의 제조 방법 |
| KR101748640B1 (ko) * | 2013-10-22 | 2017-06-19 | 주식회사 엘지화학 | 유기-무기 복합 다공성 막, 이를 포함하는 세퍼레이터 및 전극구조체 |
| PL3065202T3 (pl) * | 2013-10-31 | 2020-06-29 | Lg Chem, Ltd. | Organiczna/nieorganiczna kompozytowa porowata membrana oraz zawierająca ją struktura separatora i elektrody |
-
2016
- 2016-01-04 KR KR1020160000223A patent/KR101781985B1/ko active IP Right Grant
- 2016-04-12 WO PCT/KR2016/003811 patent/WO2017119549A1/ko active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2017119549A1 (ko) | 2017-07-13 |
| KR20170081773A (ko) | 2017-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101781985B1 (ko) | 전기화학공정을 이용한 유기-무기 복합 반도체 소자 및 이의 제조방법 | |
| Teimouri et al. | Potential application of CuSbS2 as the hole transport material in perovskite solar cell: a simulation study | |
| Leschkies et al. | Solar cells based on junctions between colloidal PbSe nanocrystals and thin ZnO films | |
| EP2973764B1 (en) | Thermoelectric apparatus | |
| Chang et al. | Low-temperature solution-processed solar cells based on PbS colloidal quantum dot/CdS heterojunctions | |
| JP2013546175A (ja) | 熱電装置及びその用途 | |
| Dharmadasa et al. | Perovskite solar cells: a deep analysis using current–voltage and capacitance–voltage techniques | |
| CN103560203B (zh) | 一种简单高效的薄膜温差电池结构及其制作方法 | |
| Ren et al. | Fundamental physical characterization of Sb2Se3-based quasi-homojunction thin film solar cells | |
| Ge et al. | Substantial improvement of short wavelength response in n-SiNW/PEDOT: PSS solar cell | |
| KR101208065B1 (ko) | 열전 반도체의 제조방법 | |
| US20110129668A1 (en) | Organic-inorganic hybrid nanofiber for thermoelectric application and method of forming the same | |
| KR101386682B1 (ko) | 열전 반도체 모듈 및 이의 제조방법 | |
| KR101439461B1 (ko) | 열전 반도체 모듈 및 이의 제조방법 | |
| KR101767908B1 (ko) | 열전 반도체 소자 및 이를 포함한 열전 반도체 모듈 | |
| KR101537974B1 (ko) | 다공성 유기 열전소자 | |
| Shalini et al. | Solution processed polyaniline anchored graphene on conductive carbon fabric for high performance wearable thermoelectric generators | |
| Lin et al. | Dependence of carrier transport of [6, 6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester/p-type Si diodes upon incorporation of ZnO nanoparticles | |
| Suzuki et al. | Integration of organic photovoltaic and thermoelectric hybrid module for energy harvesting applications | |
| US9178126B2 (en) | Thermoelectric elements using metal-insulator transition material | |
| Qureshi et al. | Low-temperature processed natural hematite as an electron extraction layer for efficient and stable perovskite solar cells | |
| KR102031961B1 (ko) | 금속-절연체 전이 금속을 이용하는 열전소자 | |
| KR20180016717A (ko) | 열전소자의 제조방법 | |
| Zhang et al. | Hole‐Transporting Layer Treatment of Planar Hybrid n‐Si/PEDOT: PSS Solar Cells with Power Conversion Efficiency up to 14.5% | |
| Kishore et al. | Thermoelectric Energy Harvesters and Applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |