KR102037154B1 - 반도체소자 - Google Patents

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KR102037154B1
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Abstract

본 발명의 일 예시는 반도체재료로 이루어진 베이스, 및 상기 베이스에 삽입되고, X축 및 Y축에 대응한 상기 베이스의 단면에서 상기 X축 및 상기 Y축에 비해 기울어진 라인형태로 이루어진 사선패턴을 포함하는 반도체소자를 제공한다. 여기서, 상기 사선패턴은 상기 X축 및 상기 Y축 중 어느 하나에 대해 8도 이상 기울어진 형태로 이루어진다.

Description

반도체소자{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체소자에 관한 것으로, 특히 열에너지와 전기에너지를 변환하는 열전소자에 관한 것이다.
열전소자는 열에너지에 의해 전기에너지를 발생시키거나, 전기에너지에 의해 열에너지를 이동시키는 반도체소자이다.
이러한 열전소자는 펠티어 효과(Peltier effect)를 이용하여 능동냉각 분야에 활용되는 열전소자와, 제벡 효과(Seebeck effect)를 이용하여 폐열발전 등의 분야에 활용되는 열전소자로 구분될 수 있다.
펠티어효과를 이용하는 경우, 열전소자는, 외부에서 공급된 DC전압에 의해 p-타입 반도체재료의 정공과 n-타입 반도체재료의 전자가 이동하고정공과 전자와 함께 열에너지가 이동됨으로써, 발열과 흡열기능을 제공한다.
이러한 열전소자를 능동냉각에 적용하는 경우,냉각대상물의 열적 안정성을 개선시킬 수 있는 장점과, 진동과 소음이 없는 장점이 있고, 별도의 응축기와 냉매를 사용하지 않으므로 부피가 작고 환경 친화적인 장점이 있다.일 예로, 능동냉각의 응용분야로는 무냉매 냉장고, 에어컨, 각종 마이크로 냉각 시스템 등이 있다. 특히, 각종 메모리 소자에 열전소자를 부착시키면 기존의 냉각방식에 비해 부피를 감소시킬 수 있으면서도 소자의 온도를 균일하고 안정적으로 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 제벡 효과를 이용하는 경우, 열전소자는 외부에서 공급된 열에너지에 의해 내부 기전력이 발생됨으로써, 발전기능을 제공한다.
이러한 열전소자는폐열(waste heat)을 에너지 원으로 활용하는 열전발전에 구비될 수 있다. 또한, 자동차 엔진 및 배기장치, 쓰레기 소각장, 제철소 폐열, 인체 열을 이용한 인체 내 의료기기의 전원 등과 같이, 폐열이 발생될 수 있는 다양한 분야에서 에너지 재활용 방안으로 응용될 수 있다.
도 1은 일반적인 열전소자의 단면을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 열전소자(10)는 복수의 p-n 접합쌍(11)을 직렬 연결한 구조로 이루어진다. 각 p-n 접합쌍(11)은 p-타입 반도체(12), n-타입 반도체(13) 및 이들을 연결하는 도전층(14)을 포함한다. 그리고, 열전소자(10)는 복수의 p-n 접합쌍(10)을 사이에 두고 상호 대향하는 한 쌍의 열전도층(15)을 더 포함한다.
p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13)는 직접 접하지 않고 상호 이격되도록 배치된 상태에서, 도전층(14)을 통해 연결된다. 즉, p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13)는 소정의 이격거리로 상호 이격된다. 이러한 p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13) 사이의 이격거리로 인해, 열전소자(10)의 전체 면적 중 p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13)가 배치되는 유효면적의 비율이 낮아진다. 그런데, 열전소자(10)의 전류경로 또는 열류경로는 p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13)에서 발생된다. 그러므로, 유효면적의 비율이 낮아지는 만큼, 열전소자(10)의PF(Power Factor) 향상 및 ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수) 향상에 한계가 있는 문제점이 있다.
더불어, 열전소자(10)의 양단에 배치된 전극을 통해 외부 전원이 공급되면, 각 반도체(12, 13)에서 캐리어가 이동되고 캐리어와 함께 열에너지가 이동되어 열류가 발생된다. 반대로, 열전소자(10)가 열류에 노출되면, 열류와 함께 캐리어가 이동되어 기전력이 발생된다.
이와 같이, 캐리어의 이동 방향과 열류의 이동 방향이 상호 동일함에 따라, 각 반도체(12, 13)를 사이에 둔 한 쌍의 도전층(14)이 상호 대향하는 방향(도 1의 Y축)과, 복수의 p-n 접합쌍(10)을 사이에 둔 한 쌍의 열전도층(15)이 상호 대향하는 방향(도 1의 Y축)이 동일해야만 한다. 이에, 열전도층(15)은 p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13) 사이를 연결하는 도전층(14)에 의해 p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13)에 접촉될 수 없다. 이로써, 복수의 p-n 접합쌍(11)과 열전도층(15) 사이의 열류 손실을 감소시키는 데에 한계가 있으므로, 열전소자(10)의 PF(Power Factor) 향상 및 ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수) 향상에 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명은 PF(Power Factor) 및 ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수)를 향상시킬 수 있는 구조의 반도체소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예시는 반도체재료로 이루어진 베이스, 및 상기 베이스에 삽입되고, X축 및 Y축에 대응한 상기 베이스의 단면에서 상기 X축 및 상기 Y축에 비해 기울어진 라인형태로 이루어진 사선패턴을 포함하는 반도체소자를 제공한다.
상기 사선패턴은 상기 X축 및 상기 Y축 중 어느 하나에 대해 8도 이상 기울어진 형태로 이루어진다. 그리고, 상기 사선패턴은 전도성재료로 이루어진다.
상기 반도체소자는 상기 X축에 대응한 상기 베이스의 양단에 접하는 한 쌍의 전극 및 상기 Y축에 대응한 상기 베이스의 양단에 접하는 열전도부재를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반도체소자는 상기 베이스와 상이한 타입의 반도체재료로 이루어진 부가패턴을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 사선패턴은 상기 베이스의 일부 영역에 배치되며, 상기 부가패턴은 상기 베이스의 다른 나머지 일부 영역에 배치되고, 상기 X축 및 상기 Y축에 대응한 상기 베이스의 단면에서 상기 사선패턴과 대칭하는 라인형태로 이루어질 수 있다.
또는 상기 부가패턴은 상기 베이스에 상기 사선패턴으로부터 이격되고 상기 사선패턴과 교번하여 배치될 수 있다.
또는 상기 부가패턴은 상기 베이스에 대향하고, 상기 X축 및 상기 Y축에 비해 기울어진 적어도 하나의 면을 포함하는 다각형 형태로 이루어지며, 상기 사선패턴은 상기 베이스와 상기 부가패턴 사이에 배치될 수 있다.
전술한 바와 같은 반도체소자는 일반적인 열전소자와 달리, 복수의 p-n 접합쌍이 직렬 연결된 구조가 아니라, 단일 도전형의 반도체재료로 이루어진 베이스와 베이스에 삽입된 사선패턴을 포함한다.
이에, 복수의 p-n 접합쌍 간의 간격이 불필요하므로, 일반적인 열전소자에 비해 전체 면적 대비 반도체재료가 배치되는 유효면적의 비율이 증가될 수 있다.
그리고, 사선패턴을 통해, 베이스의 캐리어 이동 방향과 열류 이동 방향이 전극 배치 방향 및 열전도부재 배치 방향과 상이해질 수 있다. 이로써, 전극 및 열전도부재가 베이스에 접하도록 배치될 수 있으므로, 캐리어 손실 및 열류 손실을 방지할 수 있다.
따라서, 반도체소자의 PF(Power Factor) 및 ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수)가 향상될 수 있다.
또한, 일반적인 열전소자와 달리, 전극 및 열전도부재의 배치를 다양하게 변경할 수 있으므로, 반도체소자의 적용 용이성 및 적용 범위가 향상될 수 있다.
도 1은 일반적인 열전소자의 단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 X-Y 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 Z-Y 단면을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 사선패턴을 포함하지 않는 비교예의 표면열 및 그에 의한 기전력에 따른 표면전위를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시한 반도체소자의 표면열 및 그에 의한 기전력에 따른 표면전위를 나타낸 도면이다.
도 9, 도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체소자의 예시들을 나타낸 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자를 나타낸 도면이다.도 3은 도 2의 X-Y 단면을 나타낸 도면이다.도 4는 도 2의 Z-Y 단면을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자(100)는 베이스(110), 베이스(110)에 삽입된 사선패턴(120), X축에 대응한 베이스(110)의 양측에 배치되는 한 쌍의 전극(130) 및 Y축에 대응한 베이스(110)의 양단에 배치되는 열전도부재(140)를 포함한다.
베이스(110)는 열전도특성을 갖는 반도체재료로 이루어진다. 일 예로, 베이스(110)는 Bi2Te3로 이루어질 수 있다.
그리고, 베이스(110)는 적어도 하나의 도전성 반도체재료로 이루어진다. 즉, 베이스(110)는 p-타입 반도체재료 및 n-타입 반도체재료 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
사선패턴(120)은 베이스(110)의 반도체재료와 상이한 전도성재료로 이루어진다. 일 예로, 사선패턴(120)은 전도성재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 사선패턴(120)은 구리(Cu)와 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
한 쌍의 전극(130)은 구리(Cu) 등의 전도성재료로 이루어진다.
열전도부재(140)는 열전도성 절연재료로 이루어진다. 일 예로, 열전도부재(140)는 알루미나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 베이스(110)는 다면체로 이루어진다. 일 예로, 베이스(110)는 직육면체의 형태로 이루어질 수 있다.
이 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, X축 및 Y축(X-Y 평면)에 대응한 베이스(110)의 단면은 직사각형의 형태로 이루어질 수 있다.
사선패턴(120)은 베이스(110)에 삽입된 형태로 배치되고, X축 및 Y축에 대응한 베이스(110)의 단면에서 X축 및 Y축에 비해 기울어진 라인형태로 이루어진다. 일 예로, 사선패턴(120)은 X축 및 Y축 증 어느 하나에 대해 8도 이상 기울어진 형태일 수 있다. 즉, 도 3의 도시에서, X축과 사선패턴(120) 간의 각도(θ)는 8도 이상이다.
베이스(110)에는 상호 이격하는 둘 이상의 사선패턴(120)이 배치될 수 있다.
이때, 둘 이상의 사선패턴(120) 사이의 간격은 각 사선패턴(120)의 폭보다 넓을 수 있다. 즉, 사선패턴(120)은 정공 및 전자를 포함한 캐리어를 통과시킬 수 있을 정도의 두께를 갖는 박막으로 이루어질 수 있다.
다만, 이는 예시일 뿐이며, 베이스(110) 및 사선패턴(120)의 재료 및 배치에 따라, 둘 이상의 사선패턴(120) 사이의 간격은 각 사선패턴(120)의 폭보다 좁을 수 있다. 또는, 둘 이상의 사선패턴(120) 사이의 간격은 각 사선패턴(120)의 폭과 동일하게 형성될 수도 있다.
참고로 열전소자의 PF(Power Factor)나 ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수)와 같은 목표 파라미터가 달라짐에 따라서, 사선패턴(120)의 각도 및 사선패턴(120) 사이의 간격은 달라질 수 있다.
그리고, 둘 이상의 사선패턴(120)은 상호 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
더불어, 도 4에 도시된 바와 같이, Z축 및 Y축(Z-Y 평면)에 대응한 베이스(110)의 단면은 직사각형의 형태로 이루어질 수 있다.
그리고, 베이스(110)에 삽입된 둘 이상의 사선패턴(120)은 상호 이격하여배치될 수 있다. 그리고, 각 사선패턴(120)은 Z축에 평행한 라인형태일 수 있다.
다만, 이는 단지 예시일 뿐이며, 각 사선패턴(120)은 X축, Y축 및 Z축 모두에 비해 비스듬하게 배치될 수도 있다.
다음, 도 5 내지 도 9를 참조하여 사선패턴(120)의 유무에 따른 열류 및 캐리어의 이동 방향에 대해 설명한다.
도 5 및 도 6은 사선패턴을 포함하지 않는 비교예의 표면열 및 그에 의한 기전력에 따른 표면전위를 나타낸 도면이다. 도 7 및 도 8은 도 2에 도시한 반도체소자의 표면열 및 그에 의한 기전력에 따른 표면전위를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 사선패턴을 포함하지 않는 구조로 이루어진 비교예(Ref)에 있어서, 외부의 열에너지로 인해, 한 쌍의 열전도부재(140)가 서로 다른 온도, 즉 서로 다른 엔트로피에 노출되는 경우를 나타낸다. 즉, 도 5는 사선패턴이 삽입되지 않는 베이스(110)의 상측에 배치된 열전도부재(140)가 베이스(110)의 하측(110)에 배치된 열전도부재(140)보다 높은 온도인 경우에, 사선패턴이 삽입되지 않은 베이스(110)에 발생된 열류를 시뮬레이션한 결과이다. 그리고, 도 6은 도 5의 열류에 의한 기전력을 시뮬레이션한 결과이다.
이 경우, 도 5 및 도 6의 적색 화살표와 같이, 베이스(110)에서 Y축 방향의 열류이동이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 베이스(110)의 캐리어(예를 들면, 정공)가 열류를 따라 낮은 온도의 영역에서 높은 온도의 영역 측으로 이동한다. 즉, 캐리어 또한 열류와 동일하게 Y축 방향으로 이동된다.
이로써, 도 6의 회색 화살표와 같이, 전위차에 따른 전류가 Y축 방향으로 발생된다. 그런데, 한 쌍의 전극(130)은 X축에 대응한 베이스(110)의 양측(도 6의 좌측과 우측)에 배치되므로, 기전력에 의한 전류가 전극(130)을 통해 흐를 수 없다. 이에, ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수)가 낮아질 수 있다.
반면, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자(100)는 베이스(110)에 삽입된 사선패턴(120)을 포함함에 따라, 열류 및 캐리어의 이동이 X축 및 Y축에 비스듬한 방향으로 발생될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자(100)에 있어서, 외부의 열에너지로 인해, 한 쌍의 열전도부재(140)가 서로 다른 온도, 즉 서로 다른 엔트로피에 노출되는 경우를 나타낸다. 즉, 도 7은 도 5와 마찬가지로, 베이스(110)의 상측에 배치된 열전도부재(140)가 베이스(110)의 하측(110)에 배치된 열전도부재(140)보다 높은 온도인 경우에, 사선패턴(120)이 삽입된 베이스(110)의 열류를 시뮬레이션한 결과이다. 그리고, 도 8은 도 7의 열류에 의한 기전력을 시뮬레이션한 결과이다.
도 7의 적색 화살표와 같이 Y축 방향의 열류 이동이 발생한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자(100)의 베이스(110)에서는 사선패턴(120)에 의해 Y축에 비스듬한 방향으로 열류가 발생된다. 즉, 도 7의 베이스(110) 중 상단 및 좌측 영역에 높은 온도가 밀집되고, 하단 및 우측 영역에 낮은 온도가 밀집되는 것을 확인할 수 있다.
이에, 베이스(110)의 캐리어(예를 들면, 정공)는 낮은 온도의 하단 및 우측 영역에서 높은 온도의 상단 및 좌측 영역으로 향하는 방향으로 이동한다. 즉, 전위차에 따른 전류가 Y축 방향으로 발생하지 않는다.
그러므로, 도 8의 청색 화살표에 도시한 바와 같이, 기전력에 의한 전류가 X축에 대응한 베이스(110)의 양측(도 6의 좌측과 우측)에 배치된 한 쌍의 전극(130)을 통해 흐를 수 있다.이에, 전극(130)과 열전도부재(140)를 동일 방향으로 배치하지 않더라도, ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수)가 향상될 수 있다.
도 5 및 도 6의 비교예에 대해 시뮬레이션을 실시한 결과, PF는 588uW/mK2으로, ZT는 0.44로 도출됨으로써, PF와 ZT에 대응하는 κ가 0.401W/mK으로 도출되고, PF에 대응하는 σ는 56.7S/cm으로 도출되는 것을 확인하였다.
반면, 사선패턴(120)이 X축에 비해 12도 기울어진 경우, 도 7 및 도 8의 반도체소자(100)에 대해 시뮬레이션을 실시한 결과, PF는 118000uW/mK2으로, ZT눈 3.84로 도출됨으로써, κ는 9.23W/mK으로 도출되고, σ는 59300S/cm으로 도출되는 것을 확인하였다.
즉, 사선패턴(120)으로 인해, PF는 200배 정도 향상되었고, ZT는 8.7배 향상되었으며, κ는 23배, σ는 1045배 향상되는 것을 확인하였다.
이상과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자(100)의 베이스(110)는 단일 도전성의 반도체재료로 이루어진다.
이에 따라, 복수의 p-n 접합쌍이 직렬 연결된 구조의 일반적인 열전소자(도 1의 10)에 비해 단순한 구조의 반도체구조로 이루어짐으로써, 제조 공정이 용이해질 수 있는 장점이 있다.
그리고, 일반적인 열전소자(도 1의 10)와 달리, 단일 도전성의 반도체재료로 이루어짐에 따라, 복수의 p-n 접합쌍 간의 간격이 불필요하다. 그러므로, 일반적인 열전소자에 비해 전체 면적 대비 반도체재료가 배치되는 유효면적의 비율이 증가될 수 있다. 이로써, 반도체소자(100)의 PF(Power Factor) 및 ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수)이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자(100)는 단일 도전성의 반도체재료로 이루어진 베이스(110)를 포함함에 따라, 일반적인 열전소자(도 1의 10)와 달리, p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13) 사이를 연결하는 도전층(14)이 불필요하다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, p-타입 반도체(12)와 n-타입 반도체(13) 사이를 연결하는 도전층(14)에 의한 열류 손실 및 캐리어 손실을 방지할 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자(100)는 베이스(110)에 삽입되고 베이스(110)와 상이한 전도성재료로 이루어진 사선패턴(120)을 포함한다.
여기서, 사선패턴(120)은 베이스(110)의 단면의 각 모서리에 비해 비스듬한 라인형태로 이루어진다. 즉, 사선패턴(120)은 한 쌍의 전극(130)이 상호 대향하는 방향(X축) 및 베이스(110)에 접하는 열전도부재(140)가 상호 대향하는 방향(Y축) 중 어느 것과도 평행하지 않는다.
이러한 사선패턴(120)으로 인해, 베이스(110) 내에서 열류와 캐리어의 이동이 X축 또는 Y축에 평행하지 않고, 소정 각도로 비스듬한 방향으로 발생될 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 한 쌍의 전극(130)이 상호 대향하는 방향(X축) 및 베이스(110)에 접하는 열전도부재(140)가 상호 대향하는 방향(Y축)이 서로 상이해질 수 있다.
즉,사선패턴(120)이 삽입된 베이스(110) 내에서 열류 및 캐리어의 이동이 X축 및 Y축에 비스듬한 방향으로 발생되므로, 반도체소자(100)는 X축에 대응한 베이스(110)의 양측(도 2 및 도 3에서 베이스(110)의 좌측과 우측)에 접하는 한 쌍의 전극(130)과, Y축에 대응한 베이스(110)의 양단(도 2 및 도 3에서, 베이스(110)의 상단과 하단)에 접하는 열전도부재(140)를 포함할 수 있다.
이로써, 반도체소자(100)의 PF(Power Factor) 및 ZT(thermoelectric figure of merit; 열전성능지수)가 향상될 수 있다.
이러한 반도체소자(100)는 전극(130)을 이용한 직렬 연결을 통해 용이하고 간단하게 확장 가능하므로, 다양한 분야에 적용될 수 있다. 더불어, 열류 및 전류의 발생 방향이 상호 평행하도록 고정되지 않으므로, 전극(130) 및 열전도부재(140)의 배치를 다양하게 변경할 수 있어, 적용 용이성 및 적용 범위가 향상될 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 반도체소자(100)는 단일 도전성의 반도체재료로 이루어진 베이스(110) 및 베이스(110)에 삽입되는 사선패턴(120)을 포함한다.
이와 달리, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체소자는 소자의 특성 변경을 위해, 베이스(110)와 다른 도전성 반도체재료로 이루어진 부가패턴을 더 포함할 수 있다.
도 9, 도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체소자의 예시들을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제 1 예시의 반도체소자(201)는 베이스(210), 사선패턴(220), 한 쌍의 전극(230), 한 쌍의 열전도부재(240) 및 부가패턴(251)을 포함한다.
이러한 제 1 예시의 반도체소자(201)는 사선패턴(220)이 베이스(210)의 일부 영역에 배치되는 점과, 베이스(210)의 다른 나머지 일부 영역에 삽입되는 부가패턴(251)을 더 포함하는 점을 제외하면, 도 3에 도시한 반도체소자(100)와 동일하므로, 이하에서 중복 설명을 생략한다.
부가패턴(251)은 베이스(210)와 상이한 타입의 도전성 반도체재료로 이루어진다. 일 예로, 베이스(210)가 p-형 반도체재료로 이루어진 경우, 부가패턴(251)은 n-형 반도체재료로 이루어질 수 있다. 반대로, 베이스(210)가 n-형 반도체재료로 이루어진 경우, 부가패턴(251)은 p-형 반도체재료로 이루어질 수 있다. 또는, 부가패턴(251)은 베이스(210)보다 높은 농도로 도핑된 반도체재료로 이루어질 수도 있다.
제 1 예시의 부가패턴(251)은 사선패턴(220)과 교차하지 않도록 베이스(210) 중 사선패턴(220)이 배치되지 않은 영역에 배치된다. 그리고, 부가패턴(251)은 X축 및 Y축에 대응한 베이스(210)의 단면에서 사선패턴(220)과 대칭하는 라인형태로 이루어진다.
또는, 도 10에 도시한 바와 같이, 제 2 예시(202)에 따르면, 부가패턴(252)은 베이스(210)에 삽입되고, 사선패턴(220)으로부터 이격되며, 사선패턴(220)과 교번하여 배치될 수 있다.
또는, 도 11에 도시한 바와 같이, 제 3 예시(203)에 따르면, 부가패턴(253)은 베이스(210)에 삽입되지 않고, 베이스(210)에 대향하도록 배치될 수도 있다. 여기서, X축 및 Y축에 대응하는 부가패턴(253)의 단면은 X축 및 Y축에 비해 기울어진 적어도 하나의 면을 포함하는 다각형 형태로 이루어진다.
이 경우, 사선패턴(220)은 베이스(210)와 부가패턴(253) 사이에 배치된다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 반도체소자
110: 베이스
120: 사선패턴
130: 전극
140: 열전도부재
251, 252, 253: 부가패턴

Claims (16)

  1. 반도체재료로 이루어진 베이스; 및
    상기 베이스에 삽입되고, X축 및 Y축에 대응한 상기 베이스의 단면에서 상기 X축 및 상기 Y축에 비해 기울어진 라인형태로 이루어진 사선패턴;
    상기 X축에 대응한 상기 베이스의 양단에 접하는 한 쌍의 전극;
    상기 Y축에 대응한 상기 베이스의 양단에 접하는 열전도부재; 및
    상기 베이스에 삽입되고 상기 베이스와 상이한 타입의 반도체재료로 이루어진 부가패턴을 포함하는 반도체소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상호 이격하는 둘 이상의 상기 사선패턴이 상기 베이스에 배치되는 반도체소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 사선패턴 사이의 간격은 상기 각 사선패턴의 폭보다 넓은 반도체소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 사선패턴 사이의 간격은 상기 각 사선패턴의 폭보다 좁은 반도체소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 사선패턴 사이의 간격은 상기 각 사선패턴의 폭과 동일한 반도체소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 사선패턴은 상기 X축 및 상기 Y축 중 어느 하나에 대해 8도 이상 기울어진 형태인 반도체소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 사선패턴은 전도성재료로 이루어지는 반도체소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 사선패턴은 구리(Cu)로 이루어지는 반도체소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스는 n-타입 반도체재료 및 p-타입 반도체재료 중 어느 하나로 이루어지는 반도체소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 베이스는 Bi2Te3로 이루어지는 반도체소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 사선패턴은 상기 베이스의 일부 영역에 배치되며,
    상기 부가패턴은 상기 베이스의 다른 나머지 일부 영역에 배치되고, 상기 X축 및 상기 Y축에 대응한 상기 베이스의 단면에서 상기 사선패턴과 대칭하는 라인형태로 이루어지는 반도체소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가패턴은 상기 베이스에 상기 사선패턴으로부터 이격되고 상기 사선패턴과 교번하여 배치되는 반도체소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가패턴은 상기 베이스에 대향하고, 상기 X축 및 상기 Y축에 비해 기울어진 적어도 하나의 면을 포함하는 다각형 형태로 이루어지며,
    상기 사선패턴은 상기 베이스와 상기 부가패턴 사이에 배치되는 반도체소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012069626A (ja) * 2010-09-22 2012-04-05 Panasonic Corp 熱発電デバイス

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