KR101864211B1 - 실리콘 나노선 기반의 열전소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 나노선 기반의 열전소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 기판; 상기 기판 상부에 형성되어, 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그, 열을 방출하는 실리콘 열방출부; 및 상기 실리콘 열흡수부, 상기 실리콘 나노선 레그, 상기 실리콘 열방출부를 포함하는 기판 상부에 형성되고, 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 절연막을 포함한다.
Description
본 발명은 열 에너지를 전기 에너지로 바꿀 수 있는 열전소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 공정을 활용하여 제작 가능한 열적 손실이 적은 실리콘 나노선 기반의 열전소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 전세계에서 에너지원의 대부분은 화석연료로부터 얻고 있다. 하지만, 중국 및 인도 경제의 급부상과 전세계 인구 증가는 화석 연료의 고갈이라는 위기를 초래하고 있다. 또한, 화석 연료의 사용은 지구 온난화 및 환경오염은 물론 폭염과 홍수 등의 기후 변화까지 초래하고 있다.
지구온난화 및 환경오염 문제를 해결하기 위하여, 범세계적으로 기후협약과 CO2 규제 등을 시행하고 있으며, 이는 자동차 및 에너지 산업 등에도 커다란 변화를 초래하고 있다.
화석 연료 고갈 문제를 해결하기 위하여, 환경오염을 초래하지 않는 새로운청정에너지 개발에도 박차를 가하고 있다. 이중 열전소자는 열 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 소자로서, 최근의 에너지 및 친환경 정책을 동시에 충족할 수 있는 대표적인 기술 분야 중의 하나이다. 열전소자의 열원으로는 태양열, 자동차 폐열, 지열, 체열, 방사능 열 등 지구상에 존재하는 모든 열을 그 에너지 소스로서 활용할 수 있다.
열전효과(Thermoelectric Effect)는 1800년대 Thomas Seebeck에 의해 가장 먼저 발견되었다. Seebeck은 비스무스와 구리를 연결하고 그 안에 나침반을 배치하였다. 비스무스의 한쪽을 뜨겁게 가열하면 온도 차이로 인해 전류가 유도되고, 이 유도전류로 인해 발생하는 자기장이 나침반에 영향을 끼쳐 나침반이 움직이는 것을 보임으로써 열전효과를 처음으로 규명하였다.
열전효율을 가늠하는 지표로는 ZT(Figure of Merit) 값이 사용된다. ZT 값은 지벡계수(Seebeck Coefficient)의 제곱과 전기전도도(Electric Conductivity)에 비례하고, 열전도도(Thermal Conductivity)에 반비례한다. 이들 항(Term)들은 물질의 고유 특성에 의해 크게 좌우된다. 금속의 경우 지벡계수 값이 수 uV/K 수준으로 매우 낮고, 비데만-프란쯔 법칙(Wiedemann-Franz law)에 의하면 전기전도도와 열전도도는 비례 관계에 있기 때문에, 금속을 이용한 ZT 값 향상은 불가능하다.
한편, 반도체 물질들에 대한 과학자들의 꾸준한 연구를 통해 각각 체열 및 방사능 열을 그 열원으로 하는 열전소자들이 시장에 나오게 되었다. 하지만, 시장규모는 아직 작은 실정이다. 제품화된 열전소자용 물질로는 Bi2Te3 계열이 유일하다. Bi2Te3의 ZT 값은 상온에선 0.7, 120 ℃에서 최대값인 0.9를 갖는다. Bi2Te3 계열 재료들은 모두 벌크 기반의 열전소자에 채용되어 사용되고 있다.
최근, 반도체 산업의 기본 소재인 실리콘을 기반으로 한 연구도 관심을 받고 있다. 기존 Bi2Te3 계열의 경우, 매장량이 한정되어 있을 뿐만 아니라, 발암물질로 규정되어 있으며, 재료 자체가 깨지기 쉬워 가공이 어렵고, 제조원가도 높다는 단점을 가지고 있는 반면, 실리콘은 매장량이 무한할 뿐만 아니라, 재료 자체도 독성이 없으며, 가공이 용이하여 제조원가도 낮아진다는 장점을 가지고 있기 때문이다.
하지만, 실리콘의 경우 열전도도가 150 W/mㆍK로서 매우 높아, ZT 값이 0.01의 값을 가지므로 열전소자로서의 활용이 어려운 것으로 인식되어 왔다. 하지만, 최근 들어 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 성장한 실리콘 나노선의 경우에는 열전도도를 0.01 배 이하까지 줄일 수 있으며, 이에 따라 ZT 값이 1에 근접하는 것으로 2008년 Nature에 두 편의 논문이 보고되고 있다.[Allon I. Hochbaum, Renkun Chen, Raul Diaz Delgado, Wenjie Liang, Erik C. Garnett, Mark Najarian, Arun Majumdar and Peidong Yang, Nature, vol. 451 (2008) p. 163] [Akram I. Boukai, Yuri Bunimovich, Jamil Tahir-Kheli, Jen-Kan Yu, William A. Goddard III and James R. Heath, Nature, vol. 451 (2008) p. 168]
이를 계기로, 나노선 기반의 열전소자에 대한 연구는 폭발적인 관심을 갖게 되었다. 하지만, Nature에 발표된 기존 기술의 경우, 실리콘 나노선을 개별 성장시킨 후 이를 공중에 매달린 열흡수부 및 열방출부에 부착시키는 방식을 취하고 있다. 따라서, 나노선 기반의 열전소자는 집적화 및 제품화하는 데 큰 어려움이 있고, 이에 대한 가장 큰 이유 중의 하나로 대량생산이 가능한 나노선 제작 방법의 부재를 들 수 있다. 대부분의 제작 방법들은 촉매(Catalyst) 혹은 비촉매(Non-catalyst) 방식 등을 활용하여, 퍼니스(Furnace) 안에서 실리콘 나노선을 개별적으로 성장시키는 방법을 택하고 있다. 하지만, 이와 같은 개별 성장 방식은, 다음의 두 가지 단점을 가지고 있다. 첫째, 한 방향으로만 일관되게 나노선들이 성장되지 않고, 일부 나노선들은 원하지 않는 방향으로 성장하면서 다른 나노선들의 성장을 방해하기 때문에, 고품질의 나노선 획득에 큰 제약 조건으로 작용한다. 둘째, 퍼니스 안에서 개별 성장시킨 나노선들을 소자로 이동한 후, 소자에 부착하여 사용하여야 한다. 즉, 나노선과 소자의 일체형 제작이 이루어지지 않아, 대량 생산이 불가능하며, 또한 이 과정에서 많은 시간이 소요되기 때문에 비용 증가가 매우 커진다.
이를 해결하기 위해 ETRI는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정 기반 하향식(Top-down) 제조 방식을 활용한 실리콘 나노선 열전소자를 제안하였다. [한국 출원번호 (출원일) : 2008-0118110 (2008년 11월 26일), 2010-0013877 (2010년 2월 16일) 및 2010-0011284 (2010년 2월 8일)]
하향식 실리콘 나노선 기반의 열전소자의 경우, 통상적으로 수십 nm 수준의 레그 직경을 갖게 된다. 따라서, 열흡수부에서 레그로, 그리고 레그에서 열방출부로의 전체 열 흐름에 있어서, 레그를 통한 열 흐름이 미미한 부분을 차지할 수 있게 된다. 레그를 통한 열 흐름이 보다 적은 부분을 차지하게 되면, 열흡수부와 열방출부 간의 열적 평형(Thermal Equilibrium)에 빨리 도달하게 되며, 레그를 통한 캐리어(Carrier)들의 이동 특성이 저하된다. 즉, 열 에너지를 전기 에너지로 바꿀 수 있는 열전소자의 열전 효율이 아주 작아지게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열 손실이 적은 실리콘 나노선 기반의 열전소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 나노선 레그, 실리콘 열흡수부 및 실리콘 열방출부를 일체형으로 제작 가능한 실리콘 나노선 기반의 열전소자의 제조 방법을 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자는, 기판; 상기 기판 상부에 형성되어, 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그, 열을 방출하는 실리콘 열방출부; 및 상기 실리콘 열흡수부, 상기 실리콘 나노선 레그, 상기 실리콘 열방출부를 포함하는 기판 상부에 형성되고, 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 절연막을 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법은, 기판 상에 산화막 및 실리콘 박막을 순차적으로 형성하는 산화막 및 실리콘 박막 형성 단계; 상기 실리콘 박막에서 실리콘 나노선 레그로 패터닝될 영역에 N형 또는 P형의 전도성을 부여하는 전도성 부여 단계; 상기 실리콘 박막을 패터닝하여 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그 및 열을 방출하는 실리콘 열방출부를 정의하는 구조물 생성 단계; 상기 실리콘 열흡수부, 상기 실리콘 나노선 레그 및 상기 실리콘 열방출부를 포함하는 산화막 상부에 절연막 박막을 증착하고 패터닝하여 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 절연막을 형성하는 절연막 형성 단계; 및 상기 적어도 하나 이상의 홀을 이용한 에칭 공정을 실시하여 상기 산화막을 제거하는 산화막 제거 단계를 포함한다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자는, 기판; 및 상기 기판 상부에 형성되어, 열을 흡수하고 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그 및 열을 방출하는 실리콘 열방출부를 포함한다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 본 발명에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법은, 기판 상에 산화막 및 실리콘 박막을 순차적으로 형성하는 산화막 및 실리콘 박막 형성 단계; 상기 실리콘 박막에서 실리콘 나노선 레그로 패터닝될 영역에 N형 또는 P형의 전도성을 부여하는 전도성 부여 단계; 상기 실리콘 박막을 패터닝하여 열을 흡수하고 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그 및 열을 방출하는 실리콘 열방출부를 정의하는 구조물 생성 단계; 및 상기 적어도 하나 이상의 홀을 이용한 에칭 공정을 실시하여 상기 산화막을 제거하는 산화막 제거 단계를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘 나노선 레그, 실리콘 열흡수부 및 실리콘 열방출부의 하부가 공기로 감싸진 실리콘 나노선 기반의 열전소자 및 그 제조 방법을 제공함으로써, 열 손실이 작고, 실리콘 나노선 레그, 실리콘 열흡수부 및 실리콘 열방출부를 일체형으로 제작 가능한 실리콘 나노선 기반의 열전소자를 제공하는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도,
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(110) 상에 산화막(120) 및 실리콘 박막(130)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 기판(110)은 실리콘 기판 또는 SOI(Silicon on Insulator) 기판 등이 될 수 있다.
기판(110)으로 실리콘 기판을 사용하는 경우, 기판(110) 위에 산화막(120)을 형성한 후, 10 nm ~ 500 nm 두께의 실리콘 박막(130)을 형성한다.
기판(110)으로 SOI 기판을 사용하는 경우, 산화막(120) 대신에 SOI 기판 내의 산화막을 그대로 활용하고, 실리콘 박막(130)의 두께가 10 nm ~ 500 nm가 되도록 형성한다. 이때, 실리콘 박막(130)의 두께가 수 um 이상인 경우, 열산화 (Thermal Oxidation) 및 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액 디핑(Dipping) 공정을 반복적으로 실시하여 실리콘 박막(130)의 두께를 감소시킨다.
도 1b를 참조하면, 실리콘 박막(130)에서 후술하는 실리콘 나노선 레그(150)로 패터닝될 부분에 대해 각각 N형 또는 P형의 전도성을 부여한다. 이때, 이온 주입 공정을 통해 실리콘 나노선 레그(150)로 패터닝될 부분에 N형 또는 P형의 전도성을 부여한다.
도 1c를 참조하면, 실리콘 박막(130)을 패터닝하여 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부(140), 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그(150) 및 열을 방출하는 실리콘 열방출부(160)를 정의한다. 여기서, 10nm ~ 500nm 선폭의 실리콘 나노선 레그(150)를 구현하기 위해 반도체 노광 및 후속 에칭 공정이 사용되고, 추가로 산소 에싱(Ashing) 공정이 사용될 수 있다.
도 1d를 참조하면, 실리콘 열흡수부(140), 실리콘 나노선 레그(150) 및 실리콘 열방출부(160)를 포함하는 산화막(120) 상부에 절연막을 증착하고 패터닝하여 적어도 하나 이상의 홀(172a, 172b)을 포함하는 절연막(170a, 170b)을 형성한다. 여기서, 절연막(170a, 170b)은 질화막이 될 수 있고, 절연막(170a, 170b)의 두께는 10 nm ~ 1 um가 되는 것이 바람직하다. 따라서, 산화막(120) 제거를 위한 후속 에칭(Etching) 공정에서 절연막(170a, 170b)은 제거되지 않는다.
절연막(170a, 170b)에 형성된 적어도 하나 이상의 홀(172a, 172b) 중 제1 홀(172a)은 후속 에칭 공정시 에칭 용액이 제1 홀(172a)을 따라 흘러들어가 절연막(170a) 하부의 산화막(120)이 제거될 수 있도록 해준다. 또한, 제2 홀(172b)은 후술하는 금속 배선(186)과 실리콘 열흡수부(140) 간의 전기적인 연결을 가능하게 해준다.
한편, 도 1d에서는 실리콘 열흡수부(140)에 접하는 절연막(170a)에만 적어도 하나 이상의 홀(172a, 172b)이 형성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1e에 도시된 바와 같이 실리콘 열흡수부(140)에 접하는 절연막(170a)뿐만 아니라 실리콘 열방출부(160)에 접하는 절연막(170b)에도 적어도 하나 이상의 홀(172c, 172d)이 형성될 수 있다. 여기서, 실리콘 열방출부(160)에 접하는 절연막(170b)에 형성된 적어도 하나 이상의 홀(172c, 172d) 중 제1 홀(172c)은 후속 에칭 공정시 에칭 용액이 제1 홀(172c)을 따라 흘러들어가 절연막(170b) 하부의 산화막(120)이 제거될 수 있도록 해준다. 또한, 제2 홀(172d)은 금속 배선(미도시)과 실리콘 열방출부(160) 간의 전기적인 연결을 가능하게 해준다.
도 1f를 참조하면, 실리콘 열흡수부(140)에 접하는 절연막(170a) 상부에 금속 배선(180)을 형성한다. 여기서, 금속 배선(180)은 Pt, Al, Cu, W 및 Ti 중 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다.
금속 배선(180)의 패드 부분(182)을 통하여 열 에너지가 공급되는 경우, 열 에너지는 금속 배선(180)의 코일 부분(184)으로 전달된다. 코일 부분(184)에 전달된 열 에너지는 실리콘 열흡수부(140) 및 실리콘 나노선 레그(150)를 경유하여 실리콘 열방출부(160)로 전달된다.
금속 배선(180)의 패드 부분(182)을 통하여 전기 에너지가 공급되는 경우, 전기 에너지는 금속 배선(180)의 코일 부분(184)으로 전달된다. 코일 부분(184)에서는 주울 히팅에 의해 열 에너지가 생성되고, 생성된 열 에너지는 실리콘 열흡수부(140) 및 실리콘 나노선 레그(150)를 경유하여 실리콘 열방출부(160)로 전달된다.
도 1g를 참조하면, 절연막(170a)에 포함된 적어도 하나 이상의 홀(172a)을 이용하여 절연막(170a) 하부의 산화막(120)을 보다 쉽게 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 절연막(170a, 170b)에 포함된 적어도 하나 이상의 홀(172a, 172c)을 이용하여 절연막(170a, 170b) 하부의 산화막(120)을 짧은 시간에 효과적으로 제거할 수 있고, 절연막(170a, 170b)의 하부가 공기와 접하게 되므로 열전소자의 열 손실이 더욱 억제된다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b에서 기판(210) 상에 산화막(220) 및 실리콘 박막(230)을 순차적으로 형성하고, 실리콘 박막(230)의 후술하는 실리콘 나노선 레그(250)로 패터닝될 부분에 N형 또는 P형의 전도성을 부여하는 과정은 도 1a 및 도 1b와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
이후, 도 2c를 참조하면, 실리콘 박막(230)을 패터닝하여 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부(240), 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그(250) 및 열을 방출하는 실리콘 열방출부(260)를 정의한다. 여기서, 실리콘 열흡수부(240)에는 적어도 하나 이상의 홀(242)이 형성된다.
실리콘 열흡수부(240)에 형성된 적어도 하나 이상의 홀(242)은 후속 에칭 공정시 실리콘 열흡수부(240) 하부의 산화막(220)을 용이하게 제거할 수 있도록 해준다.
한편, 도 2c에서는 실리콘 열흡수부(240)에만 적어도 하나 이상의 홀(242)이 형성되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2d에 도시된 바와 같이 실리콘 열흡수부(240)뿐만 아니라 실리콘 열방출부(260)에도 적어도 하나 이상의 홀(262)이 형성될 수 있다. 여기서, 실리콘 열방출부(260)에 형성된 적어도 하나 이상의 홀(262)은 에칭 공정시 실리콘 열방출부(260) 하부의 산화막(220)을 용이하게 제거할 수 있도록 해준다.
도 2e를 참조하면, 실리콘 열흡수부(240) 상부에 금속 배선(270)을 형성한다. 여기서, 금속 배선(270)은 Pt, Al, Cu, W 및 Ti 중 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다.
금속 배선(270)의 패드 부분(272)을 통하여 열 에너지가 공급되는 경우, 열 에너지는 금속 배선(270)의 코일 부분(274)으로 전달된다. 코일 부분(274)에 전달된 열 에너지는 실리콘 열흡수부(240) 및 실리콘 나노선 레그(250)를 경유하여 실리콘 열방출부(260)로 전달된다.
금속 배선(270)의 패드 부분(272)을 통하여 전기 에너지가 공급되는 경우, 전기 에너지는 금속 배선(270)의 코일 부분(274)으로 전달된다. 코일 부분(274)에서는 주울 히팅에 의해 열 에너지가 생성되고, 생성된 열 에너지는 실리콘 열흡수부(240) 및 실리콘 나노선 레그(250)를 경유하여 실리콘 열방출부(260)로 전달된다.
도 2f를 참조하면, 실리콘 열흡수부(240)에 포함된 적어도 하나 이상의 홀(242)을 이용하여 실리콘 열흡수부(240) 하부의 산화막(220)을 보다 쉽게 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 실리콘 열흡수부(240)에 형성된 적어도 하나 이상의 홀(242)을 이용하여 실리콘 열흡수부(240) 하부의 산화막(220)을 짧은 시간에 효과적으로 제거할 수 있고, 실리콘 열흡수부(240)의 하부가 공기와 접하게 되므로 열전소자의 열 손실이 더욱 억제된다.
또한, 도 2d에 도시된 바와 같이, 실리콘 열흡수부(240) 및 실리콘 열방출부(260)에 적어도 하나 이상의 홀(242, 262)이 형성되는 경우, 실리콘 열흡수부(240) 및 실리콘 열방출부(260) 하부의 산화막(220)을 동시에 제거할 수 있고, 실리콘 열흡수부(240) 및 실리콘 열방출부(260)의 하부가 공기와 접하게 되므로 열전소자의 열 손실이 더욱 억제된다.
본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
110: 기판 120: 산화막
130: 실리콘 박막 140: 실리콘 열흡수부
150: 실리콘 나노선 레그 160: 실리콘 열방출부
170a, 170b: 절연막 172a, 172b: 적어도 하나 이상의 홀
180: 금속 배선
130: 실리콘 박막 140: 실리콘 열흡수부
150: 실리콘 나노선 레그 160: 실리콘 열방출부
170a, 170b: 절연막 172a, 172b: 적어도 하나 이상의 홀
180: 금속 배선
Claims (19)
- 기판;
상기 기판 상에 제공되어, 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그, 열을 방출하는 실리콘 열방출부; 및
상기 실리콘 열흡수부 및 상기 실리콘 열방출부 상에 제공되는 절연막을 포함하되,
상기 실리콘 열흡수부와 상기 실리콘 열방출부는 서로 상기 기판의 상면에 평행한 방향으로 이격되고,
상기 실리콘 나노선 레그는 상기 실리콘 열흡수부와 상기 실리콘 열방출부 사이에 제공되어, 상기 실리콘 열흡수부와 상기 실리콘 열방출부를 연결하며,
상기 절연막은 상기 실리콘 열흡수부의 상면 및 상기 실리콘 열방출부의 상면을 덮고,
상기 절연막은 상기 절연막을 관통하는 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 나노선 레그의 선폭은 10 nm ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 실리콘 열흡수부, 상기 실리콘 나노선 레그 및 상기 실리콘 열방출부의 두께는 10 nm ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 절연막은 질화막인 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 절연막의 두께는 10 nm ~ 1 um인 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 절연막 상부에 형성되는 금속 배선;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제6항에 있어서,
상기 금속 배선은 Pt, Al, Cu, W 및 Ti 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 절연막은 상기 실리콘 열흡수부에 접하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 절연막은 상기 실리콘 열흡수부에 접하는 제1 절연막 및 상기 실리콘 열방출부에 접하는 제2 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 기판 상에 산화막 및 실리콘 박막을 순차적으로 형성하는 산화막 및 실리콘 박막 형성 단계;
상기 실리콘 박막에서 실리콘 나노선 레그로 패터닝될 영역에 N형 또는 P형의 전도성을 부여하는 전도성 부여 단계;
상기 실리콘 박막을 패터닝하여 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그 및 열을 방출하는 실리콘 열방출부를 정의하는 구조물 생성 단계;
상기 실리콘 열흡수부 및 상기 실리콘 열방출부 상에 절연막 박막을 증착하고 패터닝하여 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 절연막을 형성하는 절연막 형성 단계; 및
상기 적어도 하나 이상의 홀을 이용한 에칭 공정을 실시하여 상기 산화막의 적어도 일부를 제거하는 산화막 제거 단계;
를 포함하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 절연막 상부에 금속 배선을 형성하는 금속 배선 형성 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법. - 기판;
상기 기판 상에 형성되어, 열을 흡수하는 실리콘 열흡수부;
열을 전달하는 실리콘 나노선 레그; 및
열을 방출하는 실리콘 열방출부를 포함하되,
상기 실리콘 열흡수부와 상기 실리콘 열방출부는 서로 상기 기판의 상면에 평행한 방향으로 이격되고,
상기 실리콘 나노선 레그는 상기 실리콘 열흡수부와 상기 실리콘 열방출부 사이에 제공되어, 상기 실리콘 열흡수부와 상기 실리콘 열방출부를 연결하며,
상기 실리콘 열흡수부는 상기 실리콘 열흡수부를 관통하는 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 실리콘 나노선 기반의 열전 소자.
- 제12항에 있어서,
상기 실리콘 나노선 레그의 선폭은 10 nm ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제12항에 있어서,
상기 실리콘 열흡수부, 상기 실리콘 나노선 레그 및 상기 실리콘 열방출부의 두께는 10 nm ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제12항에 있어서,
상기 실리콘 열흡수부 상부에 형성되는 금속 배선;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제15항에 있어서,
상기 금속 배선은 Pt, Al, Cu, W 및 Ti 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 제12항에 있어서,
상기 실리콘 열방출부는 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자. - 기판 상에 산화막 및 실리콘 박막을 순차적으로 형성하는 산화막 및 실리콘 박막 형성 단계;
상기 실리콘 박막에서 실리콘 나노선 레그로 패터닝될 영역에 N형 또는 P형의 전도성을 부여하는 전도성 부여 단계;
상기 실리콘 박막을 패터닝하여 열을 흡수하고 적어도 하나 이상의 홀을 포함하는 실리콘 열흡수부, 열을 전달하는 실리콘 나노선 레그 및 열을 방출하는 실리콘 열방출부를 정의하는 구조물 생성 단계; 및
상기 적어도 하나 이상의 홀을 이용한 에칭 공정을 실시하여 상기 산화막을 제거하는 산화막 제거 단계;
를 포함하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법. - 제18항에 있어서, 상기 구조물 생성 단계에서,
상기 실리콘 열방출부에도 적어도 하나 이상의 홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 나노선 기반의 열전소자 제조 방법.
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