KR102028530B1 - Thermal conductive properties measurement kit for thin film - Google Patents

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KR102028530B1
KR102028530B1 KR1020180027947A KR20180027947A KR102028530B1 KR 102028530 B1 KR102028530 B1 KR 102028530B1 KR 1020180027947 A KR1020180027947 A KR 1020180027947A KR 20180027947 A KR20180027947 A KR 20180027947A KR 102028530 B1 KR102028530 B1 KR 102028530B1
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이상권
박노원
이원용
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중앙대학교 산학협력단
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    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
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    • GPHYSICS
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    • G01K13/12Thermometers specially adapted for specific purposes combined with sampling devices for measuring temperatures of samples of materials

Abstract

박막의 열전특성 측정 키트가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 열전특성 측정 키트는, 절연층을 포함하는 기판, 상기 기판의 상부면에 제1 전극 패턴이 형성되어, 측정 대상 박막의 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제1 측정부, 상기 기판의 상부면에 제1 측정부와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제2 전극 패턴이 형성되어 상기 측정 대상 박막의 In-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제2 측정부, 상기 기판의 상부면에 제2 측정부와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제3 전극 패턴이 형성되어 상기 측정 대상 박막의 제백계수 또는 전기전도도를 측정하는 제3 측정부를 포함한다. Disclosed is a thermoelectric measurement kit for a thin film. In the thermoelectric characteristic measurement kit of a thin film according to an embodiment of the present invention, a substrate including an insulating layer and a first electrode pattern are formed on an upper surface of the substrate to measure thermal conductivity in a cross-plane direction of the thin film to be measured. A first measurement unit disposed on the upper surface of the substrate and spaced apart from the first measurement unit in a horizontal distance by a predetermined distance, and a second electrode pattern is formed to measure thermal conductivity in an in-plane direction of the thin film to be measured; The measurement unit may be disposed on the upper surface of the substrate to be spaced apart from the second measurement unit by a predetermined distance in a horizontal direction, and a third electrode pattern may be formed to measure the Seebeck coefficient or electrical conductivity of the thin film to be measured.

Description

박막의 열전특성 측정 키트{Thermal conductive properties measurement kit for thin film}Thermoelectric properties measurement kit for thin film

본 발명은 박막의 열전특성 측정 키트에 관한 것으로, 특히 박막의 수직(cross-plane) 및 수평(In-plane) 방향으로의 열전특성을 동시에 측정할 수 있는 박막의 열전특성 측정 키트에 관한 것이다. The present invention relates to a thermoelectric property measurement kit of a thin film, and more particularly, to a thermoelectric property measurement kit of a thin film capable of simultaneously measuring the thermoelectric properties in the vertical (cross-plane) and horizontal (in-plane) directions.

열전현상은 열과 전기의 가역적, 직접적인 에너지 변환 현상을 의미하며, 재료 내부에서 전자와 정공의 이동에 의해 발생하게 된다. 이러한 열전현상은 크게 전기에너지를 열에너지로 변환시키는 열전냉각과 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 열전발전으로 구분될 수 있다.Thermoelectric phenomena refers to the reversible and direct energy conversion of heat and electricity, and is caused by the movement of electrons and holes in the material. Such thermoelectric phenomena can be broadly classified into thermoelectric cooling for converting electrical energy into thermal energy and thermoelectric generation for converting thermal energy into electrical energy.

열전냉각은 펠티에 효과(Peltier effect)를 이용하는 것인데, 구체적으로 인가된 전류의 흐름에 의해 재료 양단에 발생하는 흡열과 발열 현상을 이용하며, 열전냉각 소자/모듈에 응용되고 있고, 열전발전은 제백 효과(Seebeck effect)를 이용하는 것인데, 열전반도체 소자 양단에 온도차가 형성될 때 발생하는 기전력을 이용하며, 전기에너지 생산에 응용되고 있다.Thermoelectric cooling uses the Peltier effect, which specifically uses endothermic and exothermic phenomena generated at both ends of the material by the flow of applied current, and is applied to thermoelectric cooling devices / modules. (Seebeck effect), which uses electromotive force generated when a temperature difference is formed across thermoelectric semiconductor elements, and is applied to electric energy production.

열전효과를 이용한 열전소자는 고효율 소재가 개발되면 즉시 응용이 가능한 장점이 있으나, 성능지수(figure of merit, Z 또는 ZT)가 낮기 때문에 열전발전과 냉각 시 에너지 변환 효율이 낮다는 단점이 있다.Thermoelectric devices using thermoelectric effects have the advantage that they can be applied immediately when high-efficiency materials are developed, but they have a disadvantage of low energy conversion efficiency during thermoelectric power generation and cooling because of low figure of merit (Z or ZT).

열전성능은 온도차에 따른 기전력, 열전도도 및 전기전도도에 의해 결정이 되고, 성능지수 Z는 α2·σ/K로 표현될 수 있다. 여기서, α는 제백계수(V/K), σ는 전기전도도(Ωm), K는 열전도도(W/mK), T는 절대온도(K)를 나타낸다. 제백계수와 전기전도도가 크고, 열전도도가 낮을수록 열전 반도체의 성능지수는 높게 되어 열전현상에 의한 에너지 변환효율이 향상될 수 있다.The thermoelectric performance is determined by electromotive force, thermal conductivity and electrical conductivity according to the temperature difference, and the performance index Z may be expressed as α 2 · σ / K. Where α is the Seebeck coefficient (V / K), σ is the electrical conductivity (Ωm), K is the thermal conductivity (W / mK), and T is the absolute temperature (K). The higher the Seebeck coefficient and the higher the electrical conductivity and the lower the thermal conductivity, the higher the performance index of the thermoelectric semiconductor may be, thereby improving the energy conversion efficiency due to the thermoelectric phenomenon.

일반적으로 열전재료는 중고온 영역에서 사용하는 Pb-Te계와, 저온 영역에서 사용하는 Bi-Te계 소재가 주로 연구되고 있으나 열전성능변화 효율에 대한 문제가 완전하게 해결되지 않은 상태이며, 새로운 열전소재의 개발과 더불어서 소재 이외의 효율 상승을 이루는 연구가 진행중에 있다.Generally, Pb-Te-based materials used in the high-temperature region and Bi-Te-based materials used in the low-temperature region have been mainly studied, but the problem of efficiency of thermoelectric performance change has not been completely solved. In addition to the development of materials, research is underway to achieve efficiency gains other than materials.

기존 연구 중에는 열전효율 향상을 위해 열전재료의 성장 자체를 저차원(Low dimension)으로 하면 높은 제백계수와 높은 전기전도도를 동시에 얻어낼 수 있어, 성능지수 값이 획기적으로 증가할 수 있다는 연구 결과가 발표된 바 있다.According to the existing research, if the growth of the thermoelectric material itself is a low dimension to improve the thermoelectric efficiency, a high Seebeck coefficient and a high electric conductivity can be obtained at the same time. It has been.

이는 제백계수를 결정하는 물질상수가 에너지에 대한 전자의 상태밀도 기울기로서 벌크형태의 3차원 물질의 상태밀도에 비하여 2차원, 더 나아가 1차원에서 더 높은 기울기 값, 즉 높은 제백계수를 얻을 수 있다는 이론에 근거한 결과이다.This is the slope of the density of electrons with respect to energy as the material constant that determines the Seebeck coefficient, which is higher than that of bulk three-dimensional materials. The result is based on the theory.

한편, 종래에는 열전소재의 열전특성을 측정하기 위하여, 100μm이상의 벌크 형태의 샘플을 대상으로 열전특성을 측정하였다. On the other hand, in the past, in order to measure the thermoelectric properties of the thermoelectric material, the thermoelectric properties were measured for a sample having a bulk form of 100 μm or more.

그러나, 벌크재료의 물리적인 특성 측정 방법에서 저차원 박막 형태 재료의 측정은 일반적인 방법으로 가능하지만, 열전도도는 레이저를 통한 기판과 성장된 박막의 열전도도 차이에 대한 관찰 방법을 사용하므로, 재료의 저온이나 고온 등의 측정 환경 온도별 상황에서 측정하기 어려운 단점이 있다. 즉, 반도체 재료의 박막화 기술 발달과 함께 기존 벌크재료의 물성 측정방법으로는 박막재료의 물성 측정이 어려운 상황이 발생하며, 박막의 두께가(300 nm 이하) 얇아지면서 재료의 물성 측정에 대한 신뢰성을 확보하기 어려운 문제가 있다. However, in the method of measuring the physical properties of bulk materials, the measurement of low dimensional thin film type materials is possible by the general method, but the thermal conductivity uses a method of observing the difference in thermal conductivity between the substrate and the grown thin film through a laser. There is a disadvantage that it is difficult to measure in the situation of the measurement environment temperature, such as low temperature or high temperature. In other words, with the development of thin film technology of semiconductor materials, it is difficult to measure the properties of thin film materials using the existing bulk material measurement method.As the thickness of the thin film becomes thinner (below 300 nm), the reliability of material properties can be measured. There is a problem that is difficult to secure.

이에, 벌크 형태와는 다른 저차원 구조의 특성으로 저차원 구조에 맞는 열전특성 측정 시스템이 필요하며 이는 기존 박막의 특성을 측정하는 일반적인 시스템과 더불어 박막내부에서 세부적으로 cross-plane과 in-plane에 따른 물리적인 특성의 차이도 증명할 수 있는 시스템이 필요하다.Therefore, a thermoelectric characteristic measuring system suitable for the low dimensional structure is needed due to the low dimensional structure different from the bulk shape, which is a general system for measuring the characteristics of the existing thin film, and the cross-plane and in-plane inside the thin film in detail. There is a need for a system that can demonstrate differences in physical properties.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 "나노 박막의 두께 방향 열전도도 측정 방법"인 한국등록특허 제10-1682998호가 존재한다.In this regard, there is a Korean Patent No. 10-1682998 entitled "Method for Measuring Thickness Directional Thermal Conductivity of Nano Thin Films".

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 박막의 수직(cross-plane) 및 수평(In-plane) 방향으로 열전도도, 제백계수, 전기전도도를 동시에 측정할 수 있는 박막의 열전특성 측정 키트를 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric characteristic measurement kit of a thin film that can simultaneously measure the thermal conductivity, Seebeck coefficient, and electrical conductivity in the cross-plane and horizontal (In-plane) direction of the thin film. .

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 열전특성 측정 키트는, 절연층을 포함하는 기판, 상기 기판의 상부면에 제1 전극 패턴이 형성되어, 측정 대상 박막의 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제1 측정부, 상기 기판의 상부면에 제1 측정부와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제2 전극 패턴이 형성되어 상기 측정 대상 박막의 In-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제2 측정부, 상기 기판의 상부면에 제2 측정부와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제3 전극 패턴이 형성되어 상기 측정 대상 박막의 제백계수 또는 전기전도도를 측정하는 제3 측정부를 포함한다. According to an aspect of the present disclosure, a thermoelectric characteristic measurement kit for a thin film according to an embodiment of the present invention includes a substrate including an insulating layer and a first electrode pattern formed on an upper surface of the substrate, such that A first measuring unit for measuring the thermal conductivity in the plane direction, a horizontal distance spaced from the first measuring unit in the horizontal direction on the upper surface of the substrate, a second electrode pattern is formed in the in-plane direction of the thin film to be measured A second measuring unit for measuring the thermal conductivity, a horizontal distance away from the second measuring unit in the horizontal direction on the upper surface of the substrate, a third electrode pattern is formed to measure the Seebeck coefficient or electrical conductivity of the thin film to be measured And a third measuring unit.

바람직하게는, 상기 제1 전극 패턴은, 각주파수(w)를 가진 전류를 인가받는 제1 전극패드, 상기 제1 전극패드의 타측에 배치되어, 전류를 인가받는 제2 전극패드, 일정 폭(width)를 가지며, 상기 제1 전극패드 및 제2 전극패드를 연결하는 제1 히터, 상기 각주파수 및 전류에 기초한 전압을 인가받는 제3 전극패드, 상기 제3 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는 제4 전극패드, 상기 제1 히터와 상기 제3 전극패드를 연결하는 제1 센서 및 상기 제1 히터와 상기 제4 전극패드를 연결하는 제2 센서를 포함하되, 상기 제1 히터의 폭은 상기 측정 대상 박막의 두께 이상이고, 상기 제1 히터, 제1 및 제2 센서는 하나의 배선 패턴으로 구성되며 그 상면에는 측정 대상 박막이 배치될 수 있다. Preferably, the first electrode pattern may include a first electrode pad receiving a current having an angular frequency w, a second electrode pad disposed on the other side of the first electrode pad, and receiving a current; width), a first heater connecting the first electrode pad and the second electrode pad, a third electrode pad receiving a voltage based on the angular frequency and a current, and spaced apart from the third electrode pad by a predetermined distance, A fourth electrode pad receiving a voltage, a first sensor connecting the first heater and the third electrode pad, and a second sensor connecting the first heater and the fourth electrode pad, wherein the first heater The width of is greater than or equal to the thickness of the thin film to be measured, and the first heater, the first and second sensors may be configured in one wiring pattern, and the thin film to be measured may be disposed on an upper surface thereof.

바람직하게는, 상기 제2 전극 패턴은, 각주파수(w)를 가진 전류를 인가받는 제5 전극패드, 상기 제5 전극패드의 타측에 배치되어, 전류를 인가받는 제6 전극패드, 일정 폭(width)를 가지며, 상기 제5 전극패드 및 제6 전극패드를 연결하는 제2 히터, 상기 각주파수 및 전류에 기초한 전압을 인가받는 제7 전극패드, 상기 제7 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는 제8 전극패드, 상기 제2 히터와 상기 제5 전극패드를 연결하는 제3 센서 및 상기 제2 히터와 상기 제6 전극패드를 연결하는 제4 센서를 포함하되, 상기 제2 히터의 폭은 상기 측정 대상 박막의 두께 이하이고, 상기 제2 히터, 제3 및 제4 센서는 하나의 배선 패턴으로 구성되며 그 상면에는 측정 대상 박막이 배치될 수 있다.Preferably, the second electrode pattern may include a fifth electrode pad receiving current having an angular frequency w, a sixth electrode pad disposed on the other side of the fifth electrode pad, and receiving a current, and having a predetermined width ( a second heater connecting the fifth electrode pad and the sixth electrode pad, a seventh electrode pad receiving a voltage based on the angular frequency and a current, and a predetermined distance from the seventh electrode pad, An eighth electrode pad receiving a voltage, a third sensor connecting the second heater and the fifth electrode pad, and a fourth sensor connecting the second heater and the sixth electrode pad, wherein the second heater The width of is equal to or less than the thickness of the thin film to be measured, and the second heater, the third and fourth sensors may be configured in one wiring pattern, and the thin film to be measured may be disposed on an upper surface thereof.

바람직하게는, 상기 제3 전극 패턴은, 열원을 제공하는 제1 코일히터, 상기 제1 코일히터의 타측에 배치되어, 열을 제공받는 제2 코일히터, 상기 제1 코일히터로부터 일정 거리 이격 배치되며, 전류를 인가받는 제9 전극패드, 상기 제9 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 상기 전류에 기초한 전압을 인가받는 제11 전극패드, 상기 제11 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는 제12 전극패드, 상기 12 전극패드와 상기 제2 코일히터 사이에 배치되며, 전류를 인가받는 제10 전극패드, 상기 제9 전극패드 내지 제12 전극패드를 각각 연결하는 제5 센서 내지 제8 센서를 포함하되, 상기 제5 내지 제8센서의 상면에는 측정 대상 박막이 배치될 수 있다.Preferably, the third electrode pattern, the first coil heater for providing a heat source, the second coil heater disposed on the other side of the first coil heater, the heat is provided, a predetermined distance spaced from the first coil heater And a ninth electrode pad receiving a current, spaced apart from the ninth electrode pad, a predetermined distance spaced from the eleventh electrode pad receiving a voltage based on the current, and a predetermined distance from the eleventh electrode pad. Fifth sensors to fifth electrodes disposed between the twelfth electrode pads to be applied, the twelfth electrode pads, and the second coil heater to connect the tenth electrode pads to which a current is applied, and the ninth electrode pads to the twelfth electrode pads, respectively. Including an eight sensors, the measurement target thin film may be disposed on the upper surface of the fifth to eighth sensors.

바람직하게는, 상기 제1 코일히터의 제1 온도와 제2 코일히터의 제2 온도를 측정하여, 제1 온도와 제2 온도 간 온도차를 측정하고, 상기 제11 전극패드와 제12 전극 패드간의 전위차를 측정하여 상기 측정 대상 박막의 전기전도도 또는 제백계수를 측정할 수 있다. Preferably, the first temperature of the first coil heater and the second temperature of the second coil heater are measured to measure a temperature difference between the first temperature and the second temperature, and between the eleventh electrode pad and the twelfth electrode pad. By measuring the potential difference, the electrical conductivity or the Seebeck coefficient of the measurement target thin film may be measured.

본 발명에 따르면, 박막의 수직(cross-plane) 및 수평(In-plane) 방향으로의 열전특성(예컨대, 열전도도, 제백계수, 전기전도도 등)을 동시에 측정할 수 있다. 나아가, 본 발명의 열전특성 측정 키트는 일반적인 반도체 재료의 박막 이외에 폴리머 계열과 같은 특성 분석이 어려운 재료에 대한 물리적인 특성 측정에도 활용할 수 있다. According to the present invention, thermoelectric properties (eg, thermal conductivity, Seebeck coefficient, electrical conductivity, etc.) in the cross-plane and in-plane directions of the thin film can be simultaneously measured. Furthermore, the thermoelectric property measurement kit of the present invention can be used for physical property measurement of materials that are difficult to characterize, such as polymer series, in addition to thin films of general semiconductor materials.

또한, 초격자 구조로 성장한 미세한 박막의 열전/물리적 특성 측정은 200nm 이하의 얇은 박막의 열전 특성 측정이 온도별 가능하고 저온부에서의 측정에 따라 상온 및 고온에서는 발견하기 힘든 재료의 열전특성을 측정할 수 있다. In addition, thermoelectric / physical properties of thin films grown in a superlattice structure can measure thermoelectric properties of thin films of 200 nm or less and can measure thermoelectric properties of materials that are difficult to find at room temperature and high temperature, depending on the temperature measurement. Can be.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 열전특성을 측정하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상 박막을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전특성 측정 키트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전특성 측정 키트의 제1 내지 제3 측정부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직(cross-plane) 방향 또는 수평(In-plane) 방향의 열전도도 측정에 따른 히터의 폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전특성 측정 키트를 이용하여 박막의 열전특성을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 측정부가 3ω 방법을 이용하여 박막의 열전도도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 측정부를 이용하여 제백 계수 및 전기전도도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining an apparatus for measuring the thermoelectric properties of a thin film according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a measurement target thin film according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a thermoelectric measurement kit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the first to the third measuring unit of the thermoelectric characteristic measurement kit according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the width of the heater according to the thermal conductivity measurement in the vertical (cross-plane) or horizontal (in-plane) direction according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining a method for measuring the thermoelectric properties of a thin film using the thermoelectric properties measurement kit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for describing a method of measuring a thermal conductivity of a thin film by using a 3ω method according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a method for measuring Seebeck coefficient and electrical conductivity using a third measuring unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 열전특성을 측정하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 대상 박막을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an apparatus for measuring the thermoelectric properties of a thin film according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view for explaining a thin film to be measured according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 열전특성을 측정하기 위한 장치는 도 1의 (a)와 같이 챔버(10)에 의해 내부가 외부로 차단되고, 챔버 내부에는 (b)와 같이 측정 대상 박막의 열전특성을 측정할 수 있는 열전특성 측정 키트(100)가 구비된다. 여기서, 박막의 열전특성은 박막의 성능지수를 높이기 위한 요소로, 제백계수(α )(V/K), 전기전도도(σ )(Ωm),열전도도(K)(W/mK), 절대온도(T)(K) 등을 포함할 수 있다. In the apparatus for measuring the thermoelectric properties of the thin film according to an embodiment of the present invention, the interior is blocked by the chamber 10 as shown in Figure 1 (a) to the outside, the inside of the chamber as the measurement target thin film (b) A thermoelectric characteristic measurement kit 100 capable of measuring a thermoelectric characteristic is provided. Here, the thermoelectric properties of the thin film are factors for improving the performance index of the thin film, Seebeck coefficient α (V / K), electrical conductivity σ (Ωm), thermal conductivity K (W / mK), and absolute temperature. (T) (K) and the like.

챔버(10)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 10-5Torr 이하로 확보할 수 있다. The chamber 10 may be formed in a structure having an inner space portion, and may be formed in an airtight structure so that the inner space portion may be completely shielded from the outside. Through such a configuration, it is possible to secure the vacuum degree of the inner space portion to 10 -5 Torr or less.

도면에는 도시하지 않았으나, 챔버(10)에는 터보펌프(미도시)가 설치되어, 챔버(10)의 내부 공간부의 진공도를 유지할 수 있도록 공기를 흡배기할 수 있다. 챔버(10)를 진공상태로 유지하면, 대류효과 제거에 따른 정밀 온도 제어 및 측정환경을 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 10-6Torr 압력 조건영역으로 형성할 수 있다.Although not shown in the figure, a turbopump (not shown) may be installed in the chamber 10 to intake and exhaust air so as to maintain a degree of vacuum in the inner space of the chamber 10. If the chamber 10 is maintained in a vacuum state, it is possible to create a precise temperature control and measurement environment by removing the convection effect. That is, the natural convection effect is caused by the buoyancy, which is the combined force of the volumetric forces in the atmospheric system with a density gradient, and in general, the natural convection effect is drastically reduced at a pressure of 10 −3 to 10 2 Torr. In addition, because of pressure conditions of 10 -6 Torr or lower it is difficult to develop equipment to a surge in the measuring equipment produced during degassing (outgassing) element, the degree of vacuum in the chamber 100 according to this embodiment is 10 -4 to 10 - It can be formed in 6 Torr pressure conditions.

챔버 내부에는 측정 대상 박막의 열전도도, 제백계수, 전기전도도를 측정할 수 있는 열전특성 측정 키트(100)가 구비된다. 열전특성 측정 키트(100)는 기판상에 측정 대상 박막에 대해 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제1 측정부, In-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제2 측정부, 전기전도도 및 제벡계수를 측정하는 제3 측정부를 포함한다. 이때, 기판은 절연층이 구비된 기판일 수 있다 즉, 기판은 예컨대, si 기판일 수 있고, 기판 상에는 절연체 층이 형성된다. 이때, 절연체 층은 예컨대, SiO2 층일 수 있다. 기판 상에 절연체 재료를 사용함으로써, 전기전도도 및 열전도도 측정시에 히터의 열을 바닥으로 흐르지 않고 박막을 따라 흐르게 할 수 있다. The chamber is provided with a thermoelectric characteristic measurement kit 100 capable of measuring thermal conductivity, Seebeck coefficient, and electrical conductivity of a thin film to be measured. The thermoelectric measurement kit 100 includes a first measuring unit measuring thermal conductivity in a cross-plane direction with respect to a thin film to be measured on a substrate, a second measuring unit measuring electrical conductivity in an in-plane direction, electrical conductivity, and Seebeck. And a third measuring unit for measuring the coefficient. In this case, the substrate may be a substrate provided with an insulating layer, that is, the substrate may be, for example, an si substrate, and an insulator layer is formed on the substrate. In this case, the insulator layer may be, for example, a SiO 2 layer. By using an insulator material on the substrate, it is possible to allow the heat of the heater to flow along the thin film without flowing to the bottom at the time of electrical conductivity and thermal conductivity measurement.

제1 측정부는 제1 전극 패턴이 기판의 상부면에 형성되어, 측정 대상 박막의 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정한다. 이때, 제1 측정부는 3ω 방법을 이용하여 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정할 수 있다. 따라서, 제1 전극 패턴은 4-point probe 전극을 형성할 수 있고, 4개의 전극패드는 측정 대상 박막과의 연결이 쉽도록 적당한 크기(예컨대, ~ 2 mm × ~ 2 mm)일 수 있으며, 전극패드의 중앙부에 위치한 금속 열선의 경우 그 너비가 측정대상 박막의 두께 이상(예컨대, ~10um)일 수 있다. The first measuring unit has a first electrode pattern formed on the upper surface of the substrate, and measures the thermal conductivity in the cross-plane direction of the thin film to be measured. In this case, the first measurement unit may measure the thermal conductivity in the cross-plane direction using the 3ω method. Accordingly, the first electrode pattern may form a 4-point probe electrode, and the four electrode pads may be appropriately sized (eg, ˜2 mm × ˜2 mm) to facilitate connection with the thin film to be measured. In the case of the metal heating wire positioned at the center of the pad, the width thereof may be greater than or equal to the thickness of the thin film to be measured (eg, ~ 10 μm).

제2 측정부는 제1 측정부와 일정 거리 이격 배치되며, 제2 전극 패턴이 기판의 상부면에 형성되어, 측정 대상 박막의 In-plane 방향으로 열전도도를 측정한다. 이때, 제2 측정부는 3ω 방법을 이용하여 In-plane 방향으로 열전도도를 측정할 수 있다. 따라서, 제2 전극 패턴은 4-point probe 전극을 형성할 수 있고, 4개의 전극패드는 측정 대상 박막과의 연결이 쉽도록 적당한 크기(예컨대, ~ 2 mm × ~ 2 mm)일 수 있으며, 전극패드의 중앙부에 위치한 금속 열선의 경우 그 너비가 측정대상 박막의 두께 미만(예컨대, ~50nm)일 수 있다.The second measuring unit is disposed to be spaced apart from the first measuring unit by a predetermined distance, and a second electrode pattern is formed on the upper surface of the substrate to measure thermal conductivity in the in-plane direction of the thin film to be measured. In this case, the second measurement unit may measure the thermal conductivity in the in-plane direction by using a 3ω method. Accordingly, the second electrode pattern may form a 4-point probe electrode, and the four electrode pads may be appropriately sized (eg, ˜2 mm × ˜2 mm) to facilitate connection with the thin film to be measured, and the electrode In the case of the metal heating wire positioned at the center of the pad, the width thereof may be less than the thickness of the thin film to be measured (eg, ˜50 nm).

제3 측정부는 제2 측정부와 일정 거리 이격 배치되며, 제3 전극 패턴이 기판의 상부면에 형성되어, 측정 대상 박막의 제백계수와 전기전도도를 측정한다.The third measuring unit is disposed to be spaced apart from the second measuring unit by a predetermined distance, and a third electrode pattern is formed on the upper surface of the substrate to measure the Seebeck coefficient and the electrical conductivity of the thin film to be measured.

상기와 같이 구성된 열전특성 측정 키트(100)를 이용하여 측정 대상 박막의 열전 특성을 측정하기 위해서는 먼저, 받침대(20)에 열전특성 측정 키트(100)를 올려놓는다. 이때, 열전특성 측정 키트(100)는 포토레지스트층(또는 필름층)과 측정 영역으로 구성될 수 있다. 따라서, 열전특성 측정 키트(100)에 측정 대상 박막을 증착한 후, 포토레지스트층(또는 필름층)을 제거한다. 그러면, 측정 영역에만 측정 대상 박막이 증착되게 되어, 측정 대상 박막의 열전측성을 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상 박막의 열전도도를 측정하는 경우, (c)와 같이 열전특성 측정 키트(100)상에 측정 대상 박막을 증착하여 측정할 수 있다. In order to measure the thermoelectric properties of the thin film to be measured using the thermoelectric property measurement kit 100 configured as described above, the thermoelectric property measurement kit 100 is first placed on the pedestal 20. In this case, the thermoelectric measurement kit 100 may include a photoresist layer (or film layer) and a measurement area. Therefore, after depositing the measurement target thin film in the thermoelectric measurement kit 100, the photoresist layer (or film layer) is removed. As a result, the measurement target thin film is deposited only in the measurement region, and the thermoelectricity of the measurement target thin film can be measured. For example, when measuring the thermal conductivity of the thin film to be measured, it is possible to measure by depositing the thin film to be measured on the thermoelectric measurement kit 100 as shown in (c).

이러한 열전특성 측정 키트에 대해서는 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.This thermoelectric measurement kit will be described with reference to FIG. 3.

측정 대상 박막은 (d)와 같이 Al2O3 ZnO이 적층된 초격자일 수 있다. 구체적으로 측정 대상 박막은 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 하나 이상의 AO층과 적어도 하나 이상의 ZnO층이 교대로 두께 방향으로 적층된 AO / ZnO 초 격자 박막일 수 있다. 즉, 측정 대상 박막은 Al2O3 ZnO이 교대로 두께 방향으로 적층된 형태일 수 있다. AO/ZnO 초 격자는 250 ℃에서 diethylzinc(DEZ), trimethylaluminum(TMA) 및 H2O를 사용하는 수제 원자로에서 원자층 증착(ALD)을 이용하여 Si 기판상에 증착될 수 있다. N2 가스는 200 mTorr의 압력 및 50 sccm의 유량에서 캐리어 가스 및 퍼지 가스로서 사용될 수 있다. The thin film to be measured may be a superlattice in which Al 2 O 3 and ZnO are stacked as shown in (d). Specifically, the measurement target thin film may be an AO / ZnO super lattice thin film in which at least one or more AO layers and at least one ZnO layer are alternately stacked in a thickness direction as illustrated in FIG. 2. That is, the measurement target thin film may have a form in which Al 2 O 3 and ZnO are alternately stacked in the thickness direction. AO / ZnO super lattice can be deposited on Si substrates using atomic layer deposition (ALD) in a handmade reactor using diethylzinc (DEZ), trimethylaluminum (TMA) and H 2 O at 250 ° C. N2 gas can be used as the carrier gas and purge gas at a pressure of 200 mTorr and a flow rate of 50 sccm.

이러한 열전특성 측정 장치는 저온 챔버 내에서 박막의 열전 특성을 측정하기 때문에 헬륨가스 또는 액화질소 등의 냉매에 따라서 10K 또는 80K의 저온부터 500K의 고온의 온도에서 물성 측정이 가능할 수 있다. Since the thermoelectric characteristic measuring apparatus measures the thermoelectric characteristics of the thin film in the low temperature chamber, physical properties may be measured at a temperature of 10K or 80K to a high temperature of 500K depending on a refrigerant such as helium gas or liquefied nitrogen.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전특성 측정 키트의 단면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전특성 측정 키트의 제1 내지 제3 측정부를 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직(cross-plane) 방향 또는 수평(In-plane) 방향의 열전도도 측정에 따른 히터의 폭을 설명하기 위한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전특성 측정 키트를 이용하여 박막의 열전특성을 측정하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a cross-sectional view of a thermoelectric characteristic measurement kit according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view for explaining the first to third measurement unit of the thermoelectric characteristic measurement kit according to an embodiment of the present invention, Figure 5 6 is a view illustrating a width of a heater according to thermal conductivity measurement in a cross-plane direction or an in-plane direction according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a thermoelectric characteristic according to an embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating the method for measuring the thermoelectric property of a thin film using a measurement kit.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시에 따른 박막의 열전특성 측정 키트(100)는 기판(110), 제1 측정부(120), 제2 측정부(130), 제3 측정부(140)를 포함하고, 제1 내지 제3 측정부(120, 130, 140)는 기판상에 수평방향으로 일정 거리 이격되어 배치된다. 3 and 4, the thermoelectric characteristic measurement kit 100 of a thin film according to an exemplary embodiment of the present invention may include a substrate 110, a first measurement unit 120, a second measurement unit 130, and a third measurement. It includes a unit 140, the first to third measuring units 120, 130, 140 are disposed spaced apart a predetermined distance in the horizontal direction on the substrate.

기판(110)은 절연층(114)이 구비된 기판일 수 있다 즉, 기판(110)은 예컨대, si 기판(112)일 수 있고, 기판 상에는 절연체 층(114)이 형성된다. 이때, 절연체 층(114)은 예컨대, SiO2 층일 수 있다. 기판 상에 절연체 재료를 사용함으로써, 전기전도도 및 열전도도 측정시에 히터의 열을 바닥으로 흐르지 않고 박막을 따라 흐르게 할 수 있다. The substrate 110 may be a substrate having an insulating layer 114, that is, the substrate 110 may be, for example, an si substrate 112, and an insulator layer 114 is formed on the substrate. In this case, the insulator layer 114 may be, for example, an SiO 2 layer. By using an insulator material on the substrate, it is possible to allow the heat of the heater to flow along the thin film without flowing to the bottom at the time of electrical conductivity and thermal conductivity measurement.

제1 측정부(120)는 제1 전극 패턴이 기판의 상부면에 형성되어, 측정 대상 박막의 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정한다. 이때, 제1 측정부(120)는 3ω 방법을 이용하여 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정할 수 있다. 따라서, 제1 전극 패턴은 4-point probe 전극을 형성할 수 있다.The first measuring unit 120 has a first electrode pattern formed on the upper surface of the substrate, and measures the thermal conductivity in the cross-plane direction of the thin film to be measured. In this case, the first measurement unit 120 may measure the thermal conductivity in the cross-plane direction by using the 3ω method. Thus, the first electrode pattern may form a 4-point probe electrode.

제1 전극 패턴(120)은 제1 전극패드(121), 제2 전극패드(122), 제1 히터(123), 제3 전극패드(124), 제4 전극패드(125), 제1 센서(126), 제2 센서(127)를 포함하고, 이들은 하나의 배선 패턴으로 구성될 수 있다.The first electrode pattern 120 includes a first electrode pad 121, a second electrode pad 122, a first heater 123, a third electrode pad 124, a fourth electrode pad 125, and a first sensor. 126, and a second sensor 127, which may be configured in one wiring pattern.

제1 전극패드(121)는 각주파수(w)를 가진 교류전류를 인가받는 것으로, 백금과 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제1 전극패드(121)는 직사각형 또는 정상각형으로 마련될 수 있다.The first electrode pad 121 receives an alternating current having an angular frequency (w), and may be formed of a conductive metal material such as platinum. In this case, the first electrode pad 121 may be provided in a rectangular or normal shape.

제2 전극패드(122)는 제1 전극패드(121)의 타측에 배치되어, 전류를 인가받는 것으로, 백금과 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제2 전극패드(122)는 직사각형 또는 정상각형으로 마련될 수 있다.The second electrode pad 122 is disposed on the other side of the first electrode pad 121 and receives a current, and may be formed of a conductive metal material such as platinum. In this case, the second electrode pad 122 may be provided in a rectangular or normal shape.

제1 히터(123)는 일단은 제1 전극패드(121)와 연결되고, 타단은 제2 전극패드(122)와 연결되어, 일정 폭의 넓이를 가지는 배선부재로 구성될 수 있다. 이때, 제1 히터(123)의 폭은 측정 대상 박막의 두께(d) 이상일 수 있다. One end of the first heater 123 is connected to the first electrode pad 121, and the other end thereof is connected to the second electrode pad 122, and may include a wiring member having a width of a predetermined width. In this case, the width of the first heater 123 may be greater than or equal to the thickness d of the measurement target thin film.

제3 전극패드(124)는 각주파수 및 전류에 기초한 전압을 인가받는 것으로, 백금과 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제3 전극패드(124)는 직사각형 또는 정상각형으로 마련될 수 있다.The third electrode pad 124 receives a voltage based on an angular frequency and a current, and may be formed of a conductive metal material such as platinum. In this case, the third electrode pad 124 may be provided in a rectangular or normal shape.

제4 전극패드(125)는 제3 전극패드(124)와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는다. The fourth electrode pad 125 is spaced apart from the third electrode pad 124 by a predetermined distance and receives a voltage.

제1 센서(126)는 제1 히터(123)와 제3 전극패드(124)를 연결하고, 제2 센서(127)는 제1 히터(123)와 제4 전극패드(125)를 연결한다. 제1히터(123), 제1 센서(126) 및 제2 센서(127)의 상면에는 측정 대상 박막이 배치될 수 있으며, 이를 통해 측정 대상 박막의 전압 등을 감지할 수 있다.The first sensor 126 connects the first heater 123 and the third electrode pad 124, and the second sensor 127 connects the first heater 123 and the fourth electrode pad 125. The thin film to be measured may be disposed on upper surfaces of the first heater 123, the first sensor 126, and the second sensor 127, through which the voltage of the thin film to be measured may be detected.

한편, 제1 내지 제4 전극패턴(121, 122, 124, 125)은 동일한 형상으로 마련될 수 있고, 제1 및 제2 전극패턴(121, 122), 제3 및 제4 전극패턴(124, 125)은 각각 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 센서 및 제2 센서(126, 127)는 동일한 형상으로 마련될 수 있고, 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 센서(126, 127)를 구성하는 배선의 폭은 동일하게 구성될 수 있다. Meanwhile, the first to fourth electrode patterns 121, 122, 124, and 125 may have the same shape, and the first and second electrode patterns 121 and 122, the third and fourth electrode patterns 124, 125 may each be arranged to be symmetrical. In addition, the first sensor and the second sensor 126, 127 may be provided in the same shape, and may be arranged to be symmetrical. In addition, the widths of the wirings constituting the first and second sensors 126 and 127 may be configured to be the same.

이러한 구성의 제1 전극패턴(120)은 MEMS 기술이 적용된 센싱 패턴이 백금(Pt) 재질로 형성될 수 있다.In the first electrode pattern 120 having the above configuration, the sensing pattern to which the MEMS technology is applied may be formed of platinum (Pt) material.

상기와 같이 구성된 제1 측정부(120)를 이용하여 박막의 수직방향(cross-plane)의 열전도도를 측정할 수 있고, 이에 대한 설명은 도 6을 참조하기로 한다.The thermal conductivity in the vertical direction of the thin film may be measured using the first measuring unit 120 configured as described above, and a description thereof will be made with reference to FIG. 6.

제2 측정부(130)는 기판의 상부면에 제1 측정부(120)와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제2 전극 패턴이 형성되어, 측정 대상 박막의 In-plane 방향으로 열전도도를 측정한다. 이때, 제2 측정부(130)는 3ω 방법을 이용하여 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정할 수 있다. 따라서, 제2 전극 패턴은 4-point probe 전극을 형성할 수 있다.The second measuring unit 130 is disposed on the upper surface of the substrate to be spaced apart from the first measuring unit 120 by a predetermined distance in a horizontal direction, and a second electrode pattern is formed to increase the thermal conductivity in the in-plane direction of the thin film to be measured. Measure In this case, the second measurement unit 130 may measure the thermal conductivity in the cross-plane direction by using the 3ω method. Thus, the second electrode pattern may form a 4-point probe electrode.

구체적으로 제2 전극 패턴은 제5 전극패드(131), 제6 전극패드(132), 제2 히터(133), 제7 전극패드(134), 제8 전극패드(135), 제3 센서(136), 제4 센서(137)를 포함하고, 이들은 하나의 배선 패턴으로 구성될 수 있다.In detail, the second electrode pattern includes the fifth electrode pad 131, the sixth electrode pad 132, the second heater 133, the seventh electrode pad 134, the eighth electrode pad 135, and the third sensor ( 136 and a fourth sensor 137, which may be configured in one wiring pattern.

제5 전극패드(131)는 각주파수(w)를 가진 교류전류를 인가받는 것으로, 백금과 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제5 전극패드(131)는 직사각형 또는 정상각형으로 마련될 수 있다.The fifth electrode pad 131 receives an alternating current having an angular frequency w, and may be formed of a conductive metal material such as platinum. In this case, the fifth electrode pad 131 may be provided in a rectangular or normal shape.

제6 전극패드(132)는 제5 전극패드(131)의 타측에 배치되어, 전류를 인가받는 것으로, 백금과 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제6 전극패드(132)는 직사각형 또는 정상각형으로 마련될 수 있다.The sixth electrode pad 132 is disposed on the other side of the fifth electrode pad 131 and receives a current, and may be formed of a conductive metal material such as platinum. In this case, the sixth electrode pad 132 may be provided in a rectangular or normal shape.

제2 히터(133)는 일단은 제5 전극패드(131)와 연결되고, 타단은 제6 전극패드(132)와 연결되어, 일정 폭의 넓이를 가지는 배선부재로 구성될 수 있다. 이때, 제2 히터(133)의 폭은 측정 대상 박막의 두께(d) 미만일 수 있다.One end of the second heater 133 is connected to the fifth electrode pad 131, and the other end thereof is connected to the sixth electrode pad 132, and may include a wiring member having a width of a predetermined width. In this case, the width of the second heater 133 may be less than the thickness d of the measurement target thin film.

제7 전극패드(134)는 각주파수 및 전류에 기초한 전압을 인가받는 것으로, 백금과 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제7 전극패드(134)는 직사각형 또는 정상각형으로 마련될 수 있다.The seventh electrode pad 134 receives a voltage based on an angular frequency and a current, and may be formed of a conductive metal material such as platinum. In this case, the seventh electrode pad 134 may be provided in a rectangular or normal shape.

제8 전극패드(135)는 제7 전극패드(134)와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는다. The eighth electrode pad 135 is disposed spaced apart from the seventh electrode pad 134 by a predetermined distance and receives a voltage.

제3 센서(136)는 제2 히터(133)와 제7 전극패드(134)를 연결하고, 제4 센서(137)는 제2 히터(133)와 제8 전극패드(135)를 연결한다. 제2 히터(133), 제3 센서 및 제4 센서(136, 137)의 상면에는 측정 대상 박막이 배치될 수 있으며, 이를 통해 측정 대상 박막의 전압 등을 감지할 수 있다.The third sensor 136 connects the second heater 133 and the seventh electrode pad 134, and the fourth sensor 137 connects the second heater 133 and the eighth electrode pad 135. The measurement target thin film may be disposed on the upper surfaces of the second heater 133, the third sensor, and the fourth sensor 136 and 137, and thus the voltage of the measurement target thin film may be detected.

한편, 제5 내지 제8 전극패드(131, 132, 134, 135)는 동일한 형상으로 마련될 수 있고, 제5 및 제6 전극패드(131, 132), 제7 및 제8 전극패드(134, 135)는 각각 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 또한, 제3 센서 및 제4 센서(136, 137)는 동일한 형상으로 마련될 수 있고, 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 또한, 제3 및 제4 센서(136, 137)를 구성하는 배선의 폭은 동일하게 구성될 수 있다. Meanwhile, the fifth to eighth electrode pads 131, 132, 134, and 135 may be provided in the same shape, and the fifth and sixth electrode pads 131, 132, the seventh and eighth electrode pads 134, 135 may be arranged to be symmetrical to each other. In addition, the third sensor and the fourth sensor 136, 137 may be provided in the same shape, and may be arranged to be symmetrical. In addition, the widths of the wirings constituting the third and fourth sensors 136 and 137 may be configured to be the same.

이러한 구성의 제2 전극패턴은 MEMS 기술이 적용된 센싱 패턴이 백금(Pt) 재질로 형성될 수 있다.In the second electrode pattern having the above configuration, the sensing pattern to which the MEMS technology is applied may be formed of platinum (Pt) material.

상기와 같이 구성된 제2 측정부(130)를 이용하여 박막의 In-plane의 열전도도를 측정할 수 있고, 이에 대한 설명은 도 6을 참조하기로 한다.The thermal conductivity of the in-plane of the thin film may be measured using the second measuring unit 130 configured as described above, and a description thereof will be made with reference to FIG. 6.

한편, 도면에 도시된 바와 같이 제1 측정부(120)와 제2 측정부(130)는 구성이 동일하나, 히터의 폭이 다르다. 즉, 히터는 수직(cross-plane) 방향 또는 수평(In-plane) 방향의 열전도도 측정에 따라 그 폭(width)이 다르다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 수직 방향의 열전도도를 측정하는 경우, 제1 히터의 너비(W)는 측정 대상 박막의 두께(d) 이상이고, 수평 방향의 열전도를 측정하는 경우 제2 히터의 너비는 박막의 두께 미만일 수 있다.On the other hand, as shown in the drawing, the first measuring unit 120 and the second measuring unit 130 have the same configuration, but the width of the heater is different. That is, the heaters have different widths according to the thermal conductivity measurement in the cross-plane direction or in-plane direction. For example, referring to FIG. 5, when measuring the thermal conductivity in the vertical direction, the width W of the first heater is greater than or equal to the thickness d of the thin film to be measured, and when measuring the thermal conductivity in the horizontal direction, the second width is measured. The width of the heater may be less than the thickness of the thin film.

제1 측정부(120)와 제2 측정부(130)는 열전도도를 측정하는 구성으로, 측정 방법이 동일하므로, 열전도도를 측정하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하기로 한다. The first measuring unit 120 and the second measuring unit 130 are configured to measure the thermal conductivity, and since the measuring methods are the same, a detailed description of the method of measuring the thermal conductivity will be described with reference to FIG. 6.

제3 측정부(140)는 기판(110)의 상부면에 제2 측정부(130)와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제3 전극 패턴이 형성되어 측정 대상 박막의 제백계수 또는 전기전도도를 측정한다. The third measuring unit 140 is spaced apart from the second measuring unit 130 in the horizontal direction by a predetermined distance on the upper surface of the substrate 110, the third electrode pattern is formed to determine the Seebeck coefficient or electrical conductivity of the thin film to be measured. Measure

제3 전극 패턴은 제1 및 제2 코일히터(141, 142), 제9 전극패드(143), 제10 전극패드(144), 제11 전극패드(145), 제12 전극패드(146), 제5 내지 제 8센서(147,148,149,150)를 포함한다.The third electrode pattern includes the first and second coil heaters 141 and 142, the ninth electrode pad 143, the tenth electrode pad 144, the eleventh electrode pad 145, the twelfth electrode pad 146, And fifth to eighth sensors 147, 148, 149, and 150.

제1 코일히터(141)는 측정 대상 박막의 표면 온도 및 전압을 접촉식으로 측정하기 위하여 열원을 측정 대상 박막측으로 가하는 역할을 수행할 수 있다. 제1 코일히터(141)는 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 패턴을 형성하며, 일정 넓이를 형성할 수 있다. The first coil heater 141 may serve to apply a heat source to the measurement target thin film in order to measure the surface temperature and voltage of the measurement target thin film by contact. As illustrated, the first coil heater 141 may form a pattern in a zigzag shape and form a predetermined width.

제2 코일히터(142)는 제1 코일히터(141)의 타측에 배치되며, 제1 코일히터(141)로부터 열을 제공받는다. 즉, 제2 코일히터(142)는 제1 코일히터(141)에서 전달된 열을 제9 내지 제12 전극(143,144,145,146)을 통해 제공받는다. 제2 코일히터(142)는 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 패턴을 형성하며, 일정 넓이를 형성할 수 있다. The second coil heater 142 is disposed on the other side of the first coil heater 141 and receives heat from the first coil heater 141. That is, the second coil heater 142 receives heat transmitted from the first coil heater 141 through the ninth through twelfth electrodes 143, 144, 145, and 146. As illustrated, the second coil heater 142 may form a pattern in a zigzag shape, and may form a predetermined width.

제1 및 제2 코일히터(141,142)는 히터 겸 온도 센서로 동작할 수 있고, 온도차(ΔT)를 검출할 수 있으며, 백금(Pt) 등과 같이 온도에 따른 저항변화가 균일한 재료로 구성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 코일히터(141,142)는 다른 전극과 다르게 기판위로 수백 nm ~ 수 um 이상의 높이을 가질 수 있다. The first and second coil heaters 141 and 142 may operate as a heater and a temperature sensor, detect a temperature difference ΔT, and be made of a material having a uniform resistance change according to temperature such as platinum (Pt). have. In addition, the first and second coil heaters 141 and 142 may have a height of several hundred nm to several um or more on a substrate, unlike other electrodes.

제9 내지 제12 전극패드(143,144,145,146)는 4probe 형태로, 제1 코일히터(141)와 제2 코일히터(142) 사이에 배치되고, 양쪽 사이드(제9 전극패드, 제10 전극패드)에서 전류를 인가하면, 안쪽(제11 전극패드, 제12 전극패드)에서 전압 측정할 수 있으며, 전압 측정으로 전기전도도와 제벡계수를 측정할 수 있다. The ninth through twelfth electrode pads 143, 144, 145, and 146 are in the form of 4 probes, and are disposed between the first coil heater 141 and the second coil heater 142 and have currents at both sides (the ninth electrode pad and the tenth electrode pad). By applying, voltage can be measured from the inside (eleventh electrode pad, twelfth electrode pad), and the electrical conductivity and the Seebeck coefficient can be measured by the voltage measurement.

구체적으로, 제9 전극패드 및 제10 전극패드(143,144)는 일정 면적을 가지는 직사각형상으로 마련될 수 있으며, 전류가 인가될 수 있다. 이때, 제9 전극패드 및 제10 전극패드(143,144)의 면적은 상호 동일하게 구성될 수 있다.Specifically, the ninth electrode pads and the tenth electrode pads 143 and 144 may be provided in a rectangular shape having a predetermined area and a current may be applied. In this case, areas of the ninth electrode pads and the tenth electrode pads 143 and 144 may be configured to be the same.

제11 및 제12 전극패드(145,146)는 일정 면적을 가지는 직사각형상으로 마련될 수 있으며, 제9 및 제10 전극패드(143,144)를 통해 인가된 전류에 기초한 전압을 인가받는다. 이때, 제11 전극패드와 제12 전극패드(145,146)의 면적은 상호 동일하게 구성될 수 있다.The eleventh and twelfth electrode pads 145 and 146 may be provided in a rectangular shape having a predetermined area and receive a voltage based on a current applied through the ninth and tenth electrode pads 143 and 144. In this case, areas of the eleventh electrode pad and the twelfth electrode pad 145 and 146 may be configured to be the same.

제5 센서(147)는 제9 전극패드(143)를 연결하고, 제6 센서(148)는 제10 전극패드(144)를 연결하며, 제7 센서(149)는 제11 전극패드(145)를 연결하고, 제8 센서(150)는 제12 전극패드(150)를 연결한다. 제5 내지 제8센서(147,148,149,150)의 상면에는 측정 대상 박막이 배치될 수 있으며, 이를 통해 측정 대상 박막의 전압 등을 감지할 수 있다.The fifth sensor 147 connects the ninth electrode pad 143, the sixth sensor 148 connects the tenth electrode pad 144, and the seventh sensor 149 is the eleventh electrode pad 145. The eighth sensor 150 connects the twelfth electrode pad 150. The measurement target thin film may be disposed on the upper surfaces of the fifth to eighth sensors 147, 148, 149, and 150, and the voltage of the measurement target thin film may be sensed through this.

도면에는 도시하지 않았으나, 온도상승을 방지하기 위하여 히트싱크를 더 구비할 수 있다. 히트싱크는 제2 코일히터와 인접하여 배치되며, 온도 상승을 방지한다. 즉, 히트싱크는 전기적인 연결과 방열의 역할을 동시에 수행하는 것으로, 기판을 통한 열 누설이 거의없는 구리(Cu)로 구성될 수 있다. Although not shown in the drawings, a heat sink may be further provided to prevent temperature rise. The heat sink is disposed adjacent to the second coil heater and prevents the temperature rise. That is, the heat sink simultaneously performs the role of electrical connection and heat dissipation, and may be made of copper (Cu) with little heat leakage through the substrate.

이러한 구성의 제3 측정부(140)를 이용하여 제백계수 및 전기전도도를 측정하는 방법에 대해서는 도 8을 참조하기로 한다. A method of measuring Seebeck coefficient and electrical conductivity using the third measuring unit 140 having such a configuration will be described with reference to FIG. 8.

상기와 같이 구성된 열전특성 측정 키트를 이용하면, 측정대상 박막의 Cross-plane 방향의 열전도도, In-plane 방향의 열전도도, 전기전도도 및 제백계수를 동시에 측정할 수 있다. Using the thermoelectric characteristic measurement kit configured as described above, it is possible to simultaneously measure the thermal conductivity in the cross-plane direction, the thermal conductivity in the in-plane direction, the electrical conductivity and the Seebeck coefficient of the thin film to be measured.

이러한 열전특성 측정 키트를 이용하여 측정 대상 박막의 열전 특성을 측정하기 위해서는 먼저, 도 6의 (a)와 같이 기판상에 제1 전극패턴, 제2 전극패턴, 제3 전극패턴이 형성된 열전특성 측정 키트 상부에 포토리소그래피 공정 또는 필름을 사용하여 (b)와 같이 포토레지스트층 또는 필름층(A)을 증착한다. 그런 후, (b)에서 식각 등을 이용하여 측정 위치의 패턴만(B)이 노출되도록 한다. 그러면, 열전특성 측정 키트는 (c)와 같이 포토레지스트층(또는 필름층)(A)과 측정 영역(B)으로 구성되고, (c)와 같이 형성된 열전특성 측정 키트를 이용하여 박막의 열전특성을 측정할 수 있다. 구체적으로, (c)의 열전특성 측정 키트 상에 측정 대상 박막(C)을 증착한 후(d), 포토레지스트층(또는 필름층)(A)을 제거한다. 그러면, (e)와 같이 측정 영역에만 측정 대상 박막이 증착되게 되어, 측정 대상 박막의 열전측성을 측정할 수 있다. In order to measure the thermoelectric characteristics of the thin film to be measured using the thermoelectric characteristic measurement kit, first, thermoelectric characteristics measurement in which a first electrode pattern, a second electrode pattern, and a third electrode pattern are formed on a substrate as shown in FIG. A photoresist layer or film layer (A) is deposited as shown in (b) using a photolithography process or film on top of the kit. Then, in (b), only the pattern (B) of the measurement position is exposed using etching or the like. Then, the thermoelectric characteristic measurement kit is composed of a photoresist layer (or film layer) (A) and the measurement region (B) as shown in (c), the thermoelectric characteristics of the thin film using the thermoelectric characteristic measurement kit formed as shown in (c) Can be measured. Specifically, after depositing the measurement target thin film (C) on the thermoelectric characteristic measurement kit of (c) (d), the photoresist layer (or film layer) (A) is removed. Then, the measurement target thin film is deposited only in the measurement region as shown in (e), and the thermoelectricity of the measurement target thin film can be measured.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 측정부가 3ω 방법을 이용하여 박막의 열전도도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for describing a method of measuring a thermal conductivity of a thin film by using a 3ω method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 소스미터(Source meter)에서 제1 전극패드로 전류를 인가해주고, 이와 동시에 주파수 (frequency, ω)를 참고 값으로 제1 전극패드와 측정장비에 전달한다. 그러면, 제3 및 제4 전극패드는 참고(reference) 주파수를 바탕으로 전압을 측정하게 되는데, 연결 A에서는 Vω+3ω값을 연결 B에서는 Vω값을 측정하게 된다. V3 ω는 매우 낮은 신호 값을 가지므로 독립적으로 측정이 어려우므로, V3 ω에 비해 현저하게 큰 값을 갖는 Vω와 혼합하여 측정한 후 그 값에서 값만을 Vω의 값만을 제거하는 A-B mode를 통해 V3 ω를 구한다.Referring to FIG. 7, a current is applied from a source meter to a first electrode pad, and at the same time, a frequency (ω) is transmitted to a first electrode pad and a measurement device as reference values. Then, the third and fourth electrode pads measure the voltage based on the reference frequency. In the connection A, the V ω + 3ω value is measured, and in the connection B, the V ω value is measured. V 3 ω is so because of the low signal value AB for independently because measurement is difficult, significantly remove only the value of V ω and then a solution determined by only V ω value from the value that has a value greater than V 3 ω Find V 3 ω through mode.

구체적으로, 제1 전극패드에 전류를 인가하며 측정 주파수에 따른 전압 신호를 제3 및 제4 전극패드에서 측정한다. 이때 V3 ω와 lnf가 선형적으로 반비례하는 구간에서 측정을 진행한다. 이는 인가 전류에 의해 박막에서 나타나는 온도 진폭이

Figure 112018023942609-pat00001
에 선형적으로 비례하여 발생하는 것으로부터 설정되어진다. 또한 가해주는 전류가 증가함에 따라 전압과 주파수가 선형적으로 비례하는 영역의 주파수 크기 또한 증가하게 되므로 주파수 영역을 고려하여 측정을 진행한다. Specifically, a current is applied to the first electrode pad and a voltage signal corresponding to the measurement frequency is measured at the third and fourth electrode pads. At this time, the measurement is performed in the section where V 3 ω and lnf are linearly inversely proportional. This is due to the applied current
Figure 112018023942609-pat00001
It is set from what occurs linearly in proportion to. In addition, as the applied current increases, the frequency magnitude of the region where voltage and frequency are linearly proportional also increases, so the measurement is performed considering the frequency domain.

이하, 열전도도를 측정하는 과정을 수학식을 이용하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the process of measuring the thermal conductivity will be described by using an equation.

먼저, 제1 전극패드에 아래 수학식 1과 같은 교류 전류(I)를 인가한다. First, an alternating current I as shown in Equation 1 below is applied to the first electrode pad.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018023942609-pat00002
Figure 112018023942609-pat00002

인가된 전류에 의해 발생된 줄(Joule) 열이 발생하고, 그 줄열을 통해 금속 전극이 발열되며, 이러한 열원을 통한 열은 2ω 성분을 가지고 측정대상 박막을 가열한다. 이때, 발생된 줄열(P)은 아래 기재된 수학식 2와 같다. Joule heat generated by the applied current is generated, and the metal electrode generates heat through the joule heat, and the heat through the heat source has a 2ω component to heat the thin film to be measured. At this time, the generated string P is represented by Equation 2 described below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018023942609-pat00003
Figure 112018023942609-pat00003

그러므로 열원에 따른 표면의 온도변화 역시 2ω 성분을 지닌다. 즉, 열원에 따른 표면 온도(T)는 아래 기재된 수학식 3과 같다. Therefore, the temperature change of the surface according to the heat source also has a 2ω component. That is, the surface temperature T according to the heat source is expressed by Equation 3 described below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018023942609-pat00004
Figure 112018023942609-pat00004

금속의 경우 전기적 저항이 온도에 따라 선형적으로 증가하므로 전기적 저항 또한 2ω 성분을 가지게 된다. 따라서, 저항(R)은 아래 기재된 수학식 4와 같다. In the case of metal, since the electrical resistance increases linearly with temperature, the electrical resistance also has a 2ω component. Therefore, the resistance R is as shown in Equation 4 described below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018023942609-pat00005
Figure 112018023942609-pat00005

줄열에 의해 발열된 금속선 양단(제3 및 제4 전극패드)의 전압 강하는 아래 기재된 수학식 5와 같고, 이러한 전압 강하를 통해 기존의 주파수 성분외 수학식 6과 같은 3ω 주파수 성분을 얻을 수 있다. 이 3ω주파수 성분을 갖는 전압 강하를 측정해 발열된 금속 전극의 온도변화(ΔT)를 수학식 7과 같이 얻을 수 있다. The voltage drop across the metal wires (third and fourth electrode pads) generated by Joule's heat is equal to Equation 5 described below, and through this voltage drop, 3ω frequency components as shown in Equation 6 can be obtained in addition to the existing frequency components. . By measuring the voltage drop having the 3ω frequency component, the temperature change ΔT of the heated metal electrode can be obtained as shown in Equation (7).

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018023942609-pat00006
Figure 112018023942609-pat00006

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018023942609-pat00007
Figure 112018023942609-pat00007

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112018023942609-pat00008
Figure 112018023942609-pat00008

이렇게 얻어낸 전극의 온도변화를 바탕으로 수학식 8을 이용하여 박막의 열전도도(k)를 측정할 수 있다. The thermal conductivity k of the thin film can be measured using Equation 8 based on the temperature change of the electrode thus obtained.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112018023942609-pat00009
Figure 112018023942609-pat00009

한편, 이러한 열전도도는 저온 챔버 내에서 측정하기 때문에 헬륨가스 또는 액화질소 등의 냉매에 따라서 10K 또는 80K의 저온부터 500K의 고온의 온도에서 물성 측정이 가능하다. On the other hand, since the thermal conductivity is measured in a low temperature chamber, the physical properties can be measured at a temperature of 10K or 80K to a high temperature of 500K depending on a refrigerant such as helium gas or liquefied nitrogen.

여기서는 제1 측정부가 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 것으로 설명하였으나, 제2 측정부가 In-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 방법도 제1 측정부가 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 방법과 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다. Here, the first measuring unit measures the thermal conductivity in the cross-plane direction. However, the second measuring unit measures the thermal conductivity in the in-plane direction. The first measuring unit measures the thermal conductivity in the cross-plane direction. Since it is the same as, the description thereof will be omitted.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 측정부를 이용하여 제백 계수 및 전기전도도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 8 is a view for explaining a method for measuring Seebeck coefficient and electrical conductivity using a third measuring unit according to an embodiment of the present invention.

도 8의 (a)는 제3 측정부의 전극패턴을 간략하게 도시한 것이고, (b)는 제백 계수를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면, (c)는 전기전도도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 8 (a) is a simplified illustration of the electrode pattern of the third measuring unit, (b) is a view for explaining a method of measuring Seebeck coefficient, (c) is a view for explaining a method of measuring electrical conductivity Drawing.

먼저, 제백계수를 측정하는 방법에 대해 (b)를 참조하여 설명하기로 한다. 제3 측정부는 제1 코일히터의 제1 온도(T1)와 제2 코일히터의 제2 온도(T2)를 측정하고, 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)를 차를 통해 온도차(ΔT)를 측정하고, 제11 전극패드와 제12 전극 패드간의 전위차(ΔV)를 측정할 수 있다. 따라서, 연속적으로 제1 코일히터의 입력 가열 전력을 증가시킴으로써 온도 (ΔT)와 전압 (ΔV)의 차이를 지속적으로 측정하고, S = ΔV / ΔT에 맞추어 제백계수(S)를 측정할 수 있다.First, a method of measuring Seebeck coefficient will be described with reference to (b). The third measuring unit measures the first temperature T1 of the first coil heater and the second temperature T2 of the second coil heater, and uses the difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 as a temperature difference ( ΔT), and the potential difference ΔV between the eleventh electrode pad and the twelfth electrode pad may be measured. Therefore, by continuously increasing the input heating power of the first coil heater, the difference between the temperature ΔT and the voltage ΔV may be continuously measured, and the Seebeck coefficient S may be measured according to S = ΔV / ΔT.

수평방향의 제백계수는 극저온 진공 챔버에서 25-300 K의 온도 범위에서 측정될 수 있다. The horizontal Seebeck coefficient can be measured in the temperature range of 25-300 K in the cryogenic vacuum chamber.

다음으로, 전기 전도도를 측정하는 방법에 대해 (c)를 참조하여 설명하기로 한다. 전기 전도도(σ)는 측정 대상물질의 저항과 단면적을 이용하여 산출하는 것으로, 제3 측정부는 제9 전극패드와 제10 전극패드에 인간된 전류(I)를 측정하고, 제7 센서 및 제8 센서를 이용하여 측정 대상 박막의 전압(V)을 측정한다. 그런 후, 측정된 전류와 전압을 이용하여 저항을 산출하고, 이를 이용하여 전기전도도를 측정할 수 있다. Next, a method of measuring electrical conductivity will be described with reference to (c). The electrical conductivity σ is calculated using the resistance and the cross-sectional area of the measurement target material. The third measuring unit measures the current I humanized in the ninth electrode pad and the tenth electrode pad, and the seventh sensor and the eighth sensor. The voltage (V) of the thin film to be measured is measured using a sensor. Then, the resistance can be calculated using the measured current and voltage, and the electrical conductivity can be measured using the measured current and voltage.

한편, 측정 대상박막의 전기 전도도는 10-5Torr 미만의 압력을 갖는 극저온 진공 챔버에서 10-300K의 온도 범위에서 측정될 수 있다. On the other hand, the electrical conductivity of the thin film to be measured can be measured in a temperature range of 10-300K in a cryogenic vacuum chamber having a pressure of less than 10 -5 Torr.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

100 : 열전특성 측정 키트
110 : 기판
120 : 제1 측정부
130 : 제2 측정부
140 : 제3 측정부
200 : 박막
100: thermoelectric measurement kit
110: substrate
120: first measuring unit
130: second measuring unit
140: third measuring unit
200: thin film

Claims (5)

절연층을 포함하는 기판;
상기 기판의 상부면에 제1 전극 패턴이 형성되어, 측정 대상 박막의 Cross-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제1 측정부;
상기 기판의 상부면에 제1 측정부와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제2 전극 패턴이 형성되어 상기 측정 대상 박막의 In-plane 방향으로 열전도도를 측정하는 제2 측정부; 및
상기 기판의 상부면에 제2 측정부와 수평방향으로 일정 거리 이격 배치되며, 제3 전극 패턴이 형성되어 상기 측정 대상 박막의 제백계수 또는 전기전도도를 측정하는 제3 측정부를 포함하되,
상기 제1 전극 패턴은,
각주파수(w)를 가진 전류를 인가받는 제1 전극패드;
상기 제1 전극패드의 타측에 배치되어, 전류를 인가받는 제2 전극패드;
일정 폭(width)를 가지며, 상기 제1 전극패드 및 제2 전극패드를 연결하는 제1 히터;
상기 각주파수 및 전류에 기초한 전압을 인가받는 제3 전극패드;
상기 제3 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는 제4 전극패드;
상기 제1 히터와 상기 제3 전극패드를 연결하는 제1 센서; 및
상기 제1 히터와 상기 제4 전극패드를 연결하는 제2 센서를 포함하되,
상기 제1 히터, 제1 및 제2 센서는 하나의 배선 패턴으로 구성되며 그 상면에는 측정 대상 박막이 배치되는 것을 특징으로 하며,
상기 제2 전극 패턴은,
각주파수(w)를 가진 전류를 인가받는 제5 전극패드;
상기 제5 전극패드의 타측에 배치되어, 전류를 인가받는 제6 전극패드;
일정 폭(width)를 가지며, 상기 제5 전극패드 및 제6 전극패드를 연결하는 제2 히터;
상기 각주파수 및 전류에 기초한 전압을 인가받는 제7 전극패드;
상기 제7 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는 제8 전극패드;
상기 제2 히터와 상기 제5 전극패드를 연결하는 제3 센서; 및
상기 제2 히터와 상기 제6 전극패드를 연결하는 제4 센서를 포함하되,
상기 제2 히터, 제3 및 제4 센서는 하나의 배선 패턴으로 구성되며 그 상면에는 측정 대상 박막이 배치되고,
상기 제1 히터의 폭은 상기 측정 대상 박막의 두께 이상이고, 상기 제2 히터의 폭은 상기 측정 대상 박막의 두께 미만인 것을 특징으로 하는 박막의 열전특성 측정 키트.
A substrate including an insulating layer;
A first measuring unit formed on a top surface of the substrate to measure thermal conductivity in a cross-plane direction of the thin film to be measured;
A second measuring part disposed on the upper surface of the substrate in a horizontal distance from the first measuring part in a horizontal direction, and having a second electrode pattern formed thereon to measure thermal conductivity in an in-plane direction of the thin film to be measured; And
A third measurement part disposed on the upper surface of the substrate in a horizontal distance from the second measurement part in a horizontal direction, and having a third electrode pattern formed therein to measure the Seebeck coefficient or electrical conductivity of the thin film to be measured;
The first electrode pattern,
A first electrode pad receiving a current having an angular frequency w;
A second electrode pad disposed on the other side of the first electrode pad and configured to receive a current;
A first heater having a predetermined width and connecting the first electrode pad and the second electrode pad;
A third electrode pad receiving a voltage based on the angular frequency and the current;
A fourth electrode pad spaced apart from the third electrode pad by a predetermined distance and receiving a voltage;
A first sensor connecting the first heater and the third electrode pad; And
Including a second sensor for connecting the first heater and the fourth electrode pad,
The first heater, the first and the second sensor is composed of a single wiring pattern, characterized in that the upper surface of the measurement target thin film is disposed,
The second electrode pattern,
A fifth electrode pad receiving a current having an angular frequency w;
A sixth electrode pad disposed on the other side of the fifth electrode pad and configured to receive a current;
A second heater having a predetermined width and connecting the fifth electrode pad and the sixth electrode pad;
A seventh electrode pad receiving a voltage based on the angular frequency and the current;
An eighth electrode pad spaced apart from the seventh electrode pad by a predetermined distance and receiving a voltage;
A third sensor connecting the second heater and the fifth electrode pad; And
It includes a fourth sensor for connecting the second heater and the sixth electrode pad,
The second heater, the third and the fourth sensor is composed of one wiring pattern, the upper surface of the measurement target thin film is disposed,
The width of the first heater is equal to or greater than the thickness of the thin film to be measured, and the width of the second heater is less than the thickness of the thin film to be measured.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제3 전극 패턴은,
열원을 제공하는 제1 코일히터;
상기 제1 코일히터의 타측에 배치되어, 열을 제공받는 제2 코일히터;
상기 제1 코일히터로부터 일정 거리 이격 배치되며, 전류를 인가받는 제9 전극패드;
상기 제9 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 상기 전류에 기초한 전압을 인가받는 제11 전극패드;
상기 제11 전극패드와 일정 거리 이격 배치되며, 전압을 인가받는 제12 전극패드;
상기 제12 전극패드와 상기 제2 코일히터 사이에 배치되며, 전류를 인가받는 제10 전극패드;
상기 제9 전극패드 내지 제12 전극패드를 각각 연결하는 제5 센서 내지 제8 센서를 포함하되,
상기 제5 내지 제8센서의 상면에는 측정 대상 박막이 배치되는 것을 특징으로 하는 박막의 열전특성 측정 키트.
The method of claim 1,
The third electrode pattern is,
A first coil heater providing a heat source;
A second coil heater disposed on the other side of the first coil heater and receiving heat;
A ninth electrode pad disposed at a predetermined distance from the first coil heater and receiving a current;
An eleventh electrode pad disposed to be spaced apart from the ninth electrode pad by a predetermined distance and receiving a voltage based on the current;
A twelfth electrode pad disposed at a predetermined distance from the eleventh electrode pad and receiving a voltage;
A tenth electrode pad disposed between the twelfth electrode pad and the second coil heater and receiving a current;
Including the fifth to eighth sensor to connect the ninth electrode pad to the twelfth electrode pad, respectively,
The thermoelectric characteristics measurement kit of the thin film, characterized in that the measurement target thin film is disposed on the upper surface of the fifth to eighth sensors.
제4항에 있어서,
상기 제1 코일히터의 제1 온도와 제2 코일히터의 제2 온도를 측정하여, 제1 온도와 제2 온도 간 온도차를 측정하고, 상기 제11 전극패드와 제12 전극 패드간의 전위차를 측정하여 상기 측정 대상 박막의 전기전도도 또는 제백계수를 측정하는 것을 특징으로 하는 박막의 열전특성 측정 키트.
The method of claim 4, wherein
By measuring the first temperature of the first coil heater and the second temperature of the second coil heater, by measuring the temperature difference between the first temperature and the second temperature, by measuring the potential difference between the eleventh electrode pad and the twelfth electrode pad The thermoelectric characteristics measurement kit of the thin film, characterized in that for measuring the electrical conductivity or Seebeck coefficient of the thin film to be measured.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210085455A (en) 2019-12-30 2021-07-08 한국생산기술연구원 Method of measuring thermal conductivity of coating layer and determining method of heat dissipation coating layer using same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110988028A (en) * 2019-12-17 2020-04-10 南京邮电大学 Seebeck coefficient automatic measuring device
CN114509469B (en) * 2022-01-14 2023-11-14 清华大学 Method for measuring thermal conductivity and interface thermal resistance of heterojunction sample film and substrate

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007024603A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Toyota Motor Corp Measuring method of thin film like sample
JP2016024174A (en) * 2014-07-24 2016-02-08 国立大学法人埼玉大学 Substance thermal diffusivity measurement method and substance thermoelectric characteristic evaluation device using the method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140006289A (en) * 2012-07-02 2014-01-16 한국표준과학연구원 Apparatus for measuring thermoelectric properties of nano material, method for measuring thermoelectric properties of nano material and method of manufacturing the same
KR101662714B1 (en) * 2014-11-27 2016-10-07 한국표준과학연구원 Multi- direction Seebeck measurement sensors for thermoelectric thin film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007024603A (en) * 2005-07-13 2007-02-01 Toyota Motor Corp Measuring method of thin film like sample
JP2016024174A (en) * 2014-07-24 2016-02-08 国立大学法人埼玉大学 Substance thermal diffusivity measurement method and substance thermoelectric characteristic evaluation device using the method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
박태현, 원자층 증착방법과 졸-겔 방법으로 형성된 Al-ZnO 박막의 열전도도 측정, 중앙대학교 대학원 석사학위논문, pp.26-32 (2016.08.)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210085455A (en) 2019-12-30 2021-07-08 한국생산기술연구원 Method of measuring thermal conductivity of coating layer and determining method of heat dissipation coating layer using same

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