KR102050767B1 - 경사형 열전소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

경사형 열전소자 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경사형 열전소자에 관한 것으로, 상세하게, 본 발명에 따른 경사형 열전소자는 경사진 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 열전소자이며, 열전물질층과 금속층의 적층체 최 상부 표면을 기준면으로, 기준면 상, 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상이 곡선 내지 꺾은 선 형을 포함할 수 있다.

Description

경사형 열전소자 및 이의 제조방법{Thermoelectric Device having Inclined Structure and Fabrication Method Thereof}
본 발명은 경사형 열전소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 높은 물리적, 열적 안정성을 가지며, 초 박형의 박막화가 가능하고, 낮은 계면저항을 갖는 열전소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
열에너지가 전기에너지로 변환되는 제벡(Seebeck)효과를 이용하여 발전에 응용되고 있으며 전기에너지가 열에너지로 변환되는 펠티에(Peltier)효과를 이용하여 냉각에 응용되고 있다.
이러한 제벡효과, 펠티에효과와 같은 열전(thermoelectric)효과를 낼 수 있는 열전소자는 일반적으로 P형 열전레그, N형 열전레그 그리고 전극의 3가지 요소로 이루어진 파이(π) 형상의 구조를 가지고 있다. 이러한 파이 구조에서, 열전레그 양 단에 온도 차가 형성되는 경우, 수직방향으로 열의 흐름이 발생하며 전기의 흐름은 열의 흐름과 동일한 수직방향으로 발생하고, 발생한 전기 흐름은 전극에 의해서 수평방향으로 연결된다.
최근, 초소형 고감도 센서, 마이크로 발전소자 및 마이크로 냉각소자의 필요성이 대두됨에 따라 두께가 수십 마이크로미터 이내인 마이크로 열전소자의 개발이 요구되고 있다. 그러나, 종래의 파이 구조를 갖는 열전소자의 경우, 두께가 감소됨에 따라 한 쌍의 기판 사이 공간인 레그 공간 역시 매우 협소하여 레그 공간에 열차단(단열)을 위한 공기가 충분히 확보되지 못하게 되고, 제1 기판의 열이 전도나 복사 등으로 인해 제2 기판에 쉽게 전달되어 발전 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 대한민국 공개특허 제2016-0127403호를 통해, 레그 공간을 구획하는 두 기판 중 적어도 한 기판에, 공간 확보를 위한 식각 공간(내측으로 함몰되는 공간)을 갖는 열전 소자를 제안한 바 있다.
그러나, 이러한 개선에도 불구하고, 종래의 파이 구조를 갖는 열전소자는 P형 열전레그, N형 열전레그 및 전극이 구비되어야 하며, P형 열전레그와 N형 열전레그가 서로 이격되어 배열되어야 함에 따라, 소형화 및 박막화에는 그 한계가 있다.
한편, 이러한 파이 구조의 열전소자와 달리, 경사형 열전소자는 판 형의 열전소재층과 판 형의 금속층이 일정 각도로 경사를 이루며 서로 교번 적층된 구조를 갖는다. 경사형 열전소자는 파이 구조의 열전소자와 비교시 3가지 요소가 아닌 2가지 요소로 이루어짐에 따라 구조가 간단하며, 동일한 온도차에 대하여 두께가 얇을수록 발생되는 전기의 양이 많기에 초소형, 초박형 및 유연형 소자에 보다 유리하다.
이와 같은 경사형 열전소자는 제 1열전요소(열전물질층)와 제 2구성요소(금속층)의 경계면에서 열팽창 계수의 차이에 의한 열응력 또는 인장, 압축, 전단, 굽힘등의 외력에 의한 박리가 일어나지 않도록 접합강도가 충분히 커야 한다. 또한, 밀리미터(mm) 스케일 이상에서는 제 1열전요소와 제 2구성요소를 전도성 접착제를 사용하여 수작업으로 이송조립하고 이후 절단 및 평탄화 작업을 거치는 방법이 사용될 수 있으나, 수십 마이크로미터(μm)이하의 스케일에서 이러한 조립 및 평탄화에 의해 열전소자를 제조하는 것은 실질적으로 매우 어려운 일이다.
이에, 수 내지 수십 마이크로미터의 스케일에서, 매우 강하고 안정한 기계적 특성을 가지며, 우수한 전기적 접합 특성을 갖는 초미세의 경사형 열전소자를 제조할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제2016-0127403호
본 발명은 매우 강하고 안정한 기계적 특성을 가지며, 우수한 전기적 접합 특성을 갖는 경사형 열전소자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 경사형 열전소자는 경사진 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 경사형 열전소자이며, 상기 열전물질층과 금속층의 적층체 최 상부 표면을 기준면으로, 상기 기준면 상, 상기 열전물질층과 상기 금속층 간의 계면의 형상이 곡선 내지 꺾은 선 형을 포함하는 특징이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 기준면 상, 상기 계면의 접선이 연속적 또는 불연속적으로 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은 변곡점을 갖는 곡선형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은 파형(wave form)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 경사진 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 적층체의 적층 방향으로의 일 단을 기준으로, 상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은 오목한(concave) 곡선 또는 볼록한(convex) 곡선일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은 꺽은 선 형이며, 꺾은 선을 이루는 두 선분간의 각도는 10° 내지 170°일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은, 곡선 형상, 꺽은 선 형상 또는 이들의 조합을 일 단위로 하여, 상기 일 단위가 반복되는 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은, 오목한 곡선, 볼록한 곡선 또는 파형을 일 단위로 하여, 서로 상이한 곡률을 갖거나 서로 상이한 주기를 갖는 둘 이상의 단위의 조합에 의한 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은, 일정 각도를 이루며 서로 접하는 두 선분을 형상의 일 단위로 하여, 서로 상이한 각도, 서로 상이한 선분의 길이, 또는 상이한 각도와 상이한 선분의 길이를 갖는 둘 이상의 단위의 조합에 의한 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 교번 적층되는 금속층 중, 일 금속층을 기준으로, 상기 일 금속층의 일 측과 접하는 열전물질 층과의 계면을 제1계면으로, 상기 일 금속층의 다른 일 측과 접하는 열전물질 층과의 계면을 제2계면으로, 상기 기준면 상, 상기 제1계면과 상기 제2계면의 형상이 서로 동일하거나 대칭일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 제1계면의 형상에 대해 상기 제2계면의 형상이 동일하거나 대칭이되, 상기 기준면 상 상기 열전물질층과 금속층이 교번 적층되는 적층 방향에 수직인 방향으로 이동된 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 열전물질층의 열전물질은 N형 열전물질 또는 P형 열전물질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 N형 열전물질은 비스무스, 콘스탄탄constantan), 니켈, 포타슘, 코발트 안티모나이드, 비스무스-텔루륨계 또는 비스무스-텔레늄-셀레늄계 화합물을 포함할 수 있으며, P형 열전물질은 셀레늄, 텔레늄, 실리콘, 게르마늄, 안티모니, 니크롬, 몰리브덴, 구리, 알루미늄, 카본, 백금, 아연 안티모나이드, 안티몬-텔루륨계 또는 비스무스-안티몬-텔루늄계 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 열전물질층과 금속층의 적층 방향에 대해 수직 방향인 두께는 1μm 내지 500μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 상기 열전물질층과 금속층의 경사 각도는 10° 내지 80°일 수 있다.
본 발명은 상술한 경사형 열전소자의 제조방법을 포함한다.
본 발명에 따른 경사형 열전소자의 제조방법은 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상에 대응하는 곡선 내지 꺾은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 포함하는 광마스크를 이용하여, 광축이 경사되도록 광원 내지 감광층이 형성된 기판을 경사시켜 감광층을 노광한 후 현상하여, 패턴화된 감광층을 형성하는 단계; 상기 패턴화된 감광층을 몰드로 이용하여 금속층 및 열전물질층을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법은 a) 전도성 표면을 갖는 기판 상, 감광층을 형성하는 단계; b) 상기 패턴화된 감광층을 형성하는 단계; c1) 상기 전도성 표면을 일 전극으로 하여, 금속의 전해도금을 수행하고, 패턴화된 감광층을 제거하여, 전도성 표면 상 패턴화된 금속을 제조하는 단계; 및 d) 패턴화된 금속 사이의 빈 공간에 열전물질을 채우는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법에 있어, a) 전도성 표면을 갖는 기판 상, 감광층을 형성하는 단계; b) 상기 패턴화된 감광층을 형성하는 단계; c2) 상기 전도성 표면을 일 전극으로 하여, 희생금속의 전해도금을 수행하고, 패턴화된 감광층을 제거하여, 전도성 표면 상 패턴화된 희생금속을 제조하는 단계; c3) 상기 패턴화된 희생금속 사이의 빈 공간을 채우며 상기 패턴화된 희생금속을 덮도록 제1금속을 전해도금한 후, 제1금속과 희생금속이 모두 표면으로 노출되도록 연마하고 희생금속을 제거하여, 패턴화된 제1금속을 제조하는 단계; 및 d) 패턴화된 제1금속 사이의 빈 공간에 열전물질을 채우는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법에 있어, 상기 노광은 X-선 노광일 수 있다.
본 발명에 따른 경사형 열전소자는, 경사진 열전물질층과 금속층이 교번 적층되되, 열전물질층과 금속층의 적층체 최 상부 표면을 기준면으로, 기준면 상, 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상이 곡선 내지 꺾은 선 형을 포함하는 형상임에 따라, 열응력 또는 인장, 압축, 전단, 굽힘등의 외력의 인가에 의한 계면 박리가 방지되어, 우수한 열적 안정성을 가지며, 우수한 기계적 특성을 갖는 장점이 있으며, 계면박리 및 크랙이 발생하더라도 전파(propagation)가 억제되는 장점이 있고, 금속과 열전물질간 넓은 접촉 면적을 가져, 낮은 계면저항을 갖는 장점이 있다.
본 발명에 따른 경사형 열전소자의 제조방법은 포토리소그래피를 이용하여 경사형 열전소자를 제조함에 따라, 극히 다양하고 정밀한 형상의 계면(열전물질과 금속간의 계면)을 갖는 열전소자의 제조가 가능하여, 실질적으로 열전소자의 설계에 그 한계가 없는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 X-선 노광을 이용하는 경우 경사노광을 수행하여도 광의 반사가 방지됨에 따라, 설계된 바에 따라 경사진 금속층과 경사진 열전물질층이 서로 교번 적층된 구조의 제조가 엄밀하게 제조 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 현상된 감광층을 몰드로, 희생금속의 제2몰드를 제조한 후, 제2몰드를 이용하여 열전소자의 금속층을 제조하는 경우, 수 내지 수십 마이크로 두께를 갖는 경사형 열전 소자 또한 용이하게 제조가능하며 설계된 디멘젼으로 제조 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전도성 표면을 제공하는 기판을 이용하여, 전해도금에 의해 금속층 또는 희생금속층을 제조하는 경우, 대면적의 열전소자일지라도 단시간에 저비용으로 대량생산 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 사시도(도 1(a)), 최 상부 표면(도 1(b)) 및 단면도(도 1(c))를 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 열전소자의 최상부 표면을 도시한 도면이며,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에서, 광 마스크를 도시한 일 예이며,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에서, 경사 노광 단계를 도시한 일 공정도이며,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법의 공정을 단면도를 기반하여 도시한 일 공정도이며,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법의 공정을 단면도를 기반하여 도시한 다른 일 공정도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 경사형 열전소자 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명을 상술함에 있어, 열전물질층 또는 금속층에 사용된 '층'의 용어는 열전물질 또는 금속이 연속체(continuum)를 이루며 폭과 길이 대비 두께가 상대적으로 작은 디멘젼(dimension)을 가짐을 의미하는 것이다. 이에 따라, 금속층에 사용된 '층'의 용어에 의해, 열전물질층과 금속층이 편평한 평면으로 해석되어서는 안된다.
본 발명에 따른 경사형 열전소자는, 경사진 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 경사형 열전소자이며, 열전물질층과 금속층의 적층체 최 상부 표면을 기준면으로, 기준면 상, 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상이 곡선 내지 꺾은 선 형을 포함하는 특징이 있다.
즉, 종래의 경사형 열전소자는, 편평한 판 형상의 열전물질층과 편평한 판 형상의 금속층이 일정 각도로 기울어져 서로 교번 적층된 구조를 갖는다. 이러한 종래의 경사형 열전소자는, 열전물질과 금속간 계면이 단순한 평면의 형상임에 따라, 열전물질과 금속 간의 열팽창률 차이에 의해 야기되는 열응력에 취약하며, 나아가, 물리적 외력에 의해 계면이 쉽게 박리될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 경사형 열전소자는, 열전물질층과 금속층간의 계면이 단순 평면이 아닌, 곡면 내지 서로 상이한 평면들로 이루어진 3차원적 형상을 가짐에 따라, 열응력 또는 인장, 압축, 전단, 굽힘등의 외력의 인가에 의한 박리가 방지되어, 우수한 열적 안정성을 가지며, 우수한 기계적 특성을 갖는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 경사형 열전소자는, 열전물질층과 금속층간의 계면이 3차원적 형상을 가짐에 따라, 설사 계면박리 및 크랙이 발생하더라도 이것의 전파(propagation)가 억제되어, 보다 향상된 열적, 기계적 안정성을 가질 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 경사형 열전소자는, 열전물질층과 금속층간의 계면이 3차원적 형상을 가짐에 따라, 열전물질층과 금속층간의 보다 넓은 접촉 면적(계면 면적)을 가져, 계면에서의 전기적 저항을 감소시킬 수 있어, 향상된 발전 효율을 갖는 장점이 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자는, 경사진 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 경사형 열전소자이며, 열전물질층과 금속층의 적층체 최 상부 표면을 기준면으로, 기준면 상, 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상이 곡선 내지 꺾은 선 형이되, 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 적층체의 두께 방향으로의 단면 상 열전물질층과 금속층 간의 계면 형상은 직선일 수 있다. 이하, 두께 방향으로의 단면은 두께 단면으로 통칭되며, 두께 단면은 최 상부 표면과 이에 대향하는 최 하부 표면간을 가로지르는 최소면적의 단면을 의미할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자는, 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 적층체의 최 상부 표면에서는, 비 직선형의 계면을 가지며, 측면를 포함한 두께 단면상에서는 직선형의 계면을 가질 수 있다.
최 상부 표면에서의 비 직선형의 계면은, 계면의 접선이 변화하는, 즉 계면의 접선의 기울기가 변화하는 형상(계면 형상)일 수 있으며, 계면의 접선이 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하는 형상일 수 있다.
상세하게, 최 상부 표면에서의 비 직선형의 계면은 곡선으로 이루어진 계면, 꺾은 선들로 이루어진 계면 또는 곡선과 꺾은 선을 모두 포함하는 계면일 수 있다.
곡선 형의 계면은, 최 상부 표면 상, 계면의 접선이 연속적으로 변화되는 형상을 의미하는 것이며, 계면의 접선이 연속적으로 변화된다 함은 계면의 접선의 기울기가 연속적으로 변화됨을 의미하는 것이다. 또한, 꺽은 선 형의 계면은, 최 상부 표면 상, 계면의 접선이 불연속적으로 변화되는 형상을 의미하는 것이며, 계면의 접선이 불연속적으로 변화된다 함은 계면의 접선의 기울기가 불연속적으로 변화됨을 의미하는 것이다. 이때, 계면이 곡선과 꺾은 선을 모두 포함하는 형태인 경우 또한, 계면의 접선의 기울기가 불연속적으로 변화되는 것으로 해석될 수 있음은 물론이다.
또한, 곡선 형의 계면은 최 상부 표면인 기준면 상, 변곡점을 갖는 곡선형을 포함할 수 있다. 변곡점을 갖는 곡선형은, 기준면 상 계면의 접선의 기울기가 음에서 양 또는 양에서 음으로 변화되는 지점이 존재하는 형상을 의미할 수 있다.
구체적인 일 예로, 곡선 형 계면은, 최 상부 표면인 기준면 상, 파형(wave form), 오목한(concave) 곡선 또는 볼록한(convex) 곡선을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 최 상부 표면인 기준면(도 1(a)의 Pref) 상, 곡선 형 계면을 갖는 열전소자의 일 사시도(도 1(a)), 최 상부 표면인 기준면을 도시한 상부 조감도(도 1(b)) 및 두께 단면을 도시한 일 단면도(도 1(c))를 도시한 일 예이다.
도 1에 도시한 일 예와 같이, 경사진 열전물질층(100)과 금속층(200)이 교번 적층되되, 최상부 표면(Pref) 상, 열전물질층(100)과 금속층(200)의 계면이, 계면의 접선이 연속적으로 변화되는 곡선 형일 수 있다. 또한, 최상부 표면 상 곡선 형의 계면을 갖되, 두께 단면 상 열전물질층(100)과 금속층(200)의 계면이 직선형일 수 있다.
도 1은 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 적층체의 적층 방향으로의 일 단을 기준으로, 상기 기준면 상, 계면의 형상이 오목한(concave) 곡선 또는 볼록한(convex) 곡선인 일 예를 도시한 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 2는, 최상부 표면 상 파형(wave form)의 형상을 갖는 경사형 열전소자의 일 예를 도시한 도면이다. 도 2에 도시한 일 예와 같이, 최상부 표면 상 계면의 형상은, 오목한 곡선과 볼록한 곡선이 연속적으로 이어져 있는 파형상일 수 있다.
도 1 및 도 2를 통해, 곡선 형 계면의 일 예를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도 3은 최 상부 표면인 기준 면 상, 꺽은 선 형상의 계면을 도시한 일 예이다. 도 3에 도시한 일 예와 같이, 열전물질층(100)과 금속층(200)간의 계면은, 최 상부 표면인 기준면(Pref) 상, 꺽은 선 형일 수 있으며, 꺽은 선 형 계면은, 최 상부 표면인 기준면 상, 두 직선(선분, 도 3의 i1 및 i2)이 일정한 각(α)을 이루며 서로 접하는 형상일 수 있다. 이때, 꺽은 선을 이루는 두 선분( i1 및 i2)간의 각도(α)는 10° 내지 170°일 수 있다.
경사형 열전소자의 열전물질층과 금속층이 상술한 곡선 형상 또는 꺽은 선 형상의 계면을 가짐에 따라, 외부에서 인가되는 힘 또는 열응력에 의해 열전물질층과 금속층간의 계면 박리가 방지될 수 있다. 또한, 계면에서 부분적인 크랙이 발생하거나 부분적인 박리(delamination)가 발생하더라도, 이의 전파가 방지되어 기계적, 열적 안정성이 보다 향상될 수 있다. 나아가, 편평한 판이 적층되는 종래의 경사형 열전소자 대비 열전물질과 금속간의 접촉 면적이 증가함에 따라 보다 낮은 계면 저항을 가질 수 있다.
비록, 도 1에서 단일한 오목한 곡선 또는 볼록한 곡선을 갖는 계면의 일 예, 도 2에서 단일한 주기의 파형을 갖는 계면의 일 예, 도 3에서 단일한 꺽은 선을 갖는 계면의 일 예가 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 최 상부면인 기준면 상, 계면의 형상은 오목한 곡선, 볼록한 곡선, 단일한 주기의 파형의 형상을 일 단위(반복 단위)로, 이러한 일 단위가 반복되는 형상일 수 있다. 다른 일 예로, 계면의 형상은 일정 각도를 이루며 서로 접하는 두 선분을 형상의 일 단위로, 이러한 일 단위가 반복되는 형상일 수 있다.
도 4는, 최 상부면인 기준면 상, 계면의 형상이 오목한 곡선을 일 단위(unit)로, 이러한 일 단위(unit)가 반복된 형상인 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는, 최 상부면인 기준면 상, 계면의 형상이 단일한 주기의 파형을 일 단위(unit)로, 이러한 일 단위가 반복된 형상인 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은, 최 상부면인 기준면 상, 계면의 형상이 일정 각도를 이루며 서로 접하는 두 선분을 형상의 일 단위로, 이러한 일 단위가 반복된 형상인 일 예를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6에 도시한 일 예와 같이, 최 상부면인 기준면 상, 열전물질층과 금속층간의 계면은, 곡선이나 꺽은 선 형태를 일 형상의 단위로 하여, 이러한 형상의 단위가 반복된 형상을 가질 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 열전물질층과 금속층간의 계면은 곡선 영역과 직선 영역을 모두 포함할 수 있으며, 곡선형 일 단위와 꺽은 선을 포함하는 직선형 일 단위의 조합이 반복된 형상을 가질 수 있음은 물론이다. 즉, 기준면 상, 계면의 형상은, 곡선 형상, 꺽은 선 형상 또는 이들의 조합을 일 단위로 하여, 상기 일 단위가 반복되는 형상일 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 6을 통해, 단일한 형상의 단위가 반복되는 예를 제시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 최 상부 표면인 기준면 상, 계면의 형상은, 오목한 곡선, 볼록한 곡선 또는 파형을 일 단위로 하여, 서로 상이한 곡률을 갖거나 서로 상이한 주기를 갖는 둘 이상의 단위의 조합에 의한 형상일 수 있다.
일 예로, 도 7은 파형을 일 단위로 하여, 동일 진폭을 갖되 그 주기가 서로 상이한 제1단위(unit1)와 제2단위(unit2)의 조합(unit1-unit2-unit2-unit1)에 의해 기준면 상 계면의 형상이 이루어지는 일 예를 도시한 도면이다.
도 7에 도시한 일 예와 같이, 최 상부 표면인 기준면 상, 계면의 형상은 서로 상이한 곡률(진폭을 포함함)이나, 및/또는 서로 상이한 주기(파형의 경우)를 갖는 둘 이상의 단위의 조합에 의한 형상일 수 있다.
다른 일 예로, 도 8은 최 상부 표면인 기준면 상, 계면의 형상이, 꺽은 선형을 일 단위로 하여, 꺽은 선의 선분의 길이 및/또는 꺽은 선을 이루는 선분간의 각도가 서로 상이한 제1단위(unit1)와 제2단위(unit 2)의 조합(unit1-unit1-unit2-unit2-unit1-unit1)에 의한 형상인 예를 도시한 도면이다. 이때, 도 6의 일 예와 도 8의 일 예 모두 계면의 형상이 지그-재그(Zig-Zag) 형태인 것으로 해석될 수 있다. 즉, 지그-재그 형태는 꺽은 선형의 반복 단위를 갖되, 단일한 꺽은 선형의 반복에 의한 형상 뿐만 아니라, 꺽은 선의 선분의 길이 및/또는 꺽은 선을 이루는 선분간의 각도가 서로 상이한 둘 이상의 반복 반위의 조합에 의한 형상 또한 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
또 다른 일 예인, 도 9는, 최 상부 표면인 기준면 상, 계면의 형상이 꺽은 선형태를 포함하되, 꺽여지는 두 선분간의 각도가 90°인 4개의 단위(unit1~unit4)에 의해 ㄷ 자형 돌출 구조가 반복되는 형상인 예를 도시한 도면이다.
그러나, 도 1 내지 3을 기반으로 상술한 곡선 또는 꺽은 선의 일 단위 자체에 의한 계면 형상, 또는 도 4 내지 도 9를 기반으로 상술한 곡선형 단위 및/또는 꺽은 선형 단위가 반복된 형상으로 한정되어 해석될 수 없음은 물론이다.
경사진 열전물질층(100)과 금속층(200)이 교번 적층됨에 따라, 적층체는 양 단부 표면을 형성하는 두 면을 제외한 2A(A=적층되는 열전물질층의 수)-2 또는 2B(B=적층되는 금속층의 수)-2의 계면을 포함할 수 있다. 비록, 도 1 내지 도 9의 일 예에서, 적층체에 형성된 모든 계면이 서로 동일한 형상인 예를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 적층체에 존재하는 계면 각각은 서로 독립적으로 도 1 내지 도 9를 기반으로 상술한 서로 다른 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
즉, 도 1 내지 도 9는, 도 1에 도시한 서로 직교하는 세 축(x, y, z)에서, 적층 방향(x 방향)으로의 크기를 길이로, 하부 표면에서 상부 표면 방향(z 방향)으로의 크기를 두께로, 나머지 한 방향(y 방향)으로의 크기를 폭으로 할 때, 폭 방향으로 적층체를 가로지르는 일 계면의 형상에 대해 상술한 것으로 해석되어야 하며, 본 발명이 적층체에 존재하는 열전물질층과 금속층간의 계면 각각이 서로 동일한 형상을 갖는 경우를 배제하는 것은 아니나, 모든 계면의 형상이 서로 동일한 것으로 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자에 있어, 교번 적층되는 금속층 중, 일 금속층을 기준으로, 일 금속층의 일 측과 접하는 열전물질 층과의 계면을 제1계면으로, 상기 일 금속층의 다른 일 측과 접하는 열전물질 층과의 계면을 제2계면으로 할 때, 기준면 상, 제1계면과 제2계면의 형상이 서로 동일하거나, 제1계면과 제2계면이 서로 대칭된 형상일 수 있다. 도 1 내지 도 9의 일 예는 제1계면과 제2계면의 형상이 서로 동일한 경우에 해당할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 제1계면(if1)과 제2계면(if2)이 서로 대칭(거울 대칭)된 형상인 예를 도시한 도면이다. 도 10의 일 예는, 제1계면이 지그-재그 형상이고 제2계면이 계면을 형성하는 금속층 또는 열전물질층을 기준으로 거울 대칭된 지그-재그 형상인 일 예를 도시한 도면이며, 도 11의 일 예는, 제1계면이 도 9와 유사하게 ㄷ 자형 돌출 구조가 반복되는 형상이며, 제2계면이 계면을 형성하는 금속층 또는 열전물질층을 기준으로 거울 대칭된 ㄷ 자형 돌출 구조가 반복되는 형상인 일 예를 도시한 도면이다. 도 12는 제1계면이 파형 형상이며, 제2계면이 계면을 형성하는 금속층 또는 열전물질층을 기준으로 거울 대칭된 파형 형상인 일 예를 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 12에 도시한 일 예와 같이, 열전물질층과 금속층의 적층체 최 상부 표면을 기준면으로, 기준면 상, 열전물질층과 금속층간의 계면은 서로 인접하며 거울 대칭 관계인 두 계면에 의한 패턴을 일 기준 패턴으로 기준 패턴이 적층체의 폭 방향(도 1의 y 방향)으로 반복되는 형태일 수 있다.
그러나, 본 발명이 도 10 내지 도 12를 기반으로 상술한 동일 또는 대칭된 계면 패턴에 한정되는 것은 아니다.
구체적인 일 예로, 도 13(a) 내지 도 13(d)에 도시한 바와 같이, 최 상부 표면인 기준 면(Pref) 상, 열전물질층과 금속층간의 계면은 그 형상이 직선인 직선 영역(L1)과, 그 형상이 곡선 내지 꺽은 선 형을 포함하는 비직선 영역(L2)을 모두 포함할 수 있음은 물론이다.
또한 도 13에 도시한 일 예와 같이, 기준면 상, 제1계면의 형상에 대해 상기 제2계면의 형상이 동일하거나 대칭이되, 상기 기준면 상 상기 열전물질층과 금속층이 교번 적층되는 적층 방향에 수직인 방향(도 1의 y 방향)으로 이동(shift)된 형상일 수 있다.
도 1 내지 도 13의 일 예들은 일 열전물질층과 접하는 일 금속층의 계면(하나의 계면)의 형상이 반복되거나, 서로 이웃하는 계면의 패턴이 반복되어, 열전소자의 기준면 상 전체적인 열전물질층과 금속층간의 계면 구조가 이루어지는 일 예를 도시하였으나, 일 열전물질층과 일 금속층간의 계면을 일 계면이라 할 때, 계면을 이루는 열전물질층이나 금속층이 상이한 다른 일 계면 각각은 서로 상이한 형상을 가질 수 있음은 물론이다. 또한, 열전소자의 길이 방향 및/또는 폭 방향(도 1의 x 방향 및/또는 y 방향)의 위치에 따라, 영역별로 반복되는 패턴(계면 패턴)의 형상이 서로 상이할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1 내지 도 13을 통해 제시된 일 예에 있어, 적층체의 폭 방향(도 1의 y 방향)으로 계면간의 이격 거리가 서로 동일한 일 예를 제공하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적인 일 예로, 교번 적층되는 열전물질층과 금속층 각각의 두께는 적층 위치에 따라 서로 상이할 수 있다. 즉, 열전물질층과 금속층의 적층체에 있어, 적층체의 폭 방향(도 1의 y 방향)에 따라 열전물질층 및/또는 금속층의 두께가 동일 내지 상이할 수 있다.
상술한 오목한 곡선, 볼록한 곡선, 파 형, 꺽은선 형상에서, 오목한 곡선이나 볼록한 곡선의 곡률, 파 형상에서의 진폭이나 주기, 꺽은 선을 이루는 선분의 길이나 꺽여진 각도 등은, 목적하는 경사형 열전소자의 용도나 크기(소자의 폭, 길이, 두께), 적층되는 열전물질층이나 금속층의 두께등을 고려하여 적절히 설계될 수 있으며, 본 발명이 이러한 곡률, 진폭 또는 주기, 선분의 길이 또는 꺽인 각도등에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
그러나, 도 1에 도시한 적층체에서, 서로 직교하는 세 축(x, y, z)에서, 적층 방향(x 방향)으로의 크기를 길이(적층체의 길이)로, 하부 표면에서 상부 표면 방향(z 방향)으로의 크기를 두께(적층체의 두께)로, 나머지 한 방향(y 방향)으로의 크기를 폭(적층체의 폭)으로 할 때, 미리미터 내지 수십 센티미터 오더의 폭 크기를 기준으로, 오목한 곡선, 볼록한 곡선 또는 파 형의 곡률 반경은 폭의 0.1 내지 50배일 수 있으며, 일 금속층과 일 열전물질층간의 계면(하나의 계면)을 기준으로 두 선분이 서로 꺾이며 만나는 꺽인 점이 1개 내지 500개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사진 열전 소자에 있어, 열전물질층의 열전물질은 N형 열전물질 또는 P형 열전물질일 수 있다. 상세하게, N형 열전물질 또는 P형 열전물질은 열전성능지수 (ZT, thermoelectric figure of merit)가 0.01 이상인 물질이라면 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있다. 구체적인 일 예로, N형 열전물질은 비스무스(Bismuth), 콘스탄탄(Constantan), 니켈(Nickel), 포타슘(Potassium), 코발트 안티모나이드(CoSb3), 비스무스-텔루륨계(BixTe1 - x, 0 < x < 1인 실수) 또는 비스무스-텔레늄-셀레늄계(Bi2TexSe1 - x, 0 < x < 1인 실수) 화합물을 포함할 수 있으며, P형 열전물질은 셀레늄(Selenium), 텔레늄(Tellurium), 실리콘(Silicon), 게르마늄(Germanium), 안티모니(Antimony), 니크롬(Nichrome), 몰리브덴(Molybdenum), 구리(Copper), 알루미늄(Aluminium), 카본(Carbon), 백금(Platinum), 아연 안티모나이드(ZnSb), 안티몬-텔루륨계(SbxTe1 - x, 0 < x < 1인 실수) 또는 비스무스-안티몬-텔루늄계(BiySb2 - yTe3, 0 < y < 2인 실수) 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 열전물질이 금속인 경우, 금속층의 금속은 열전물질의 금속과 상이한 금속임은 물론이다.
금속층의 금속은 한정되지 않으나, 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 텅스텐(W), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 이리듐(Ir) 및 은(Ag)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 다만, 높은 전기전도도와 결착력, 및 저가 비용 측면에서 구리 또는 니켈인 것이 유리하다.
열전물질층과 금속층이 교번 적층된 적층체에서, 적층체 기준 열전물질층에 의한 열전물질 : 금속층에 의한 금속의 질량비는 1 : 0.1 내지 0.9일 수 있으며, 열전물질층과 금속층의 두께(비 평면임에 따라, 동일 부피 환산 기준의 두께)는 서로 독립적으로 10nm 내지 100μm일 수 있다. 다만, 열전물질층과 금속층의 두께비는 상술한 열전물질 : 금속의 질량비를 만족할 수 있도록 열전물질층 대비 금속층의 두께가 상대적으로 얇을 수 있음은 물론이다. 이때, 상술한 바와 같이, 적층체의 폭 방향 위치 별로 열전물질층 및/또는 금속층의 두께가 서로 상이할 수 있음은 물론이다. 또한, 도 1(c)에 도시한 두께 단면 상, 열전물질층(또는 금속층)의 경사진 각도(θ)는 10 내지 80°, 좋게는 20 내지 40°일 수 있다. 이러한, 열전물질과 금속간의 질량비, 열전물질층과 금속층의 두께, 열전물질층(또는 금속층)의 경사진 각도는, 경사형 열전소자의 열전효율을 극대화할 수 있는 조건들이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사진 열전소자는, 상술한 열전물질층과 금속층간의 계면 구조에 의해, 초 박막화 가능하며, 이러한 초 박막화된 크기에서도 열적, 기계적 안정성이 우수한 장점이 있다. 구체적인 일 예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사진 열전소자는 수백 마이크로미터에 이르는 두께를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 수 내지 수십 마이크로미터 두께를 갖더라도 열적 및 기계적 안정성이 우수하여 상업적으로 제조 및 사용 가능하다. 구체적으로, 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 적층체의 두께(도 1에서 z 방향으로의 길이)는 50μm 이하, 보다 구체적으로 30μm이하, 보다 더 구체적으로 10μm이하일 수 있으며, 실질적으로 1μm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경사진 열전소자는, 상술한 계면구조를 갖는 열전물질층과 금속층의 적층체; 및 적어도 적층체의 일 면에 위치하는 지지체를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로, 적층체의 서로 대향하는 두 표면 각각에 위치하는 지지체를 더 포함할 수 있다. 지지체는 유연성 지지체를 포함할 수 있다. 유연성 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET); 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN): 폴리이미드(PI); 폴리카보네이트(PC); 폴리프로필렌(PP); 트리아세틸셀룰로오스(TAC); 폴리에테르술폰(PES) 등을 포함하는 유연성 수지 필름 또는 금속 호일등을 들 수 있으나, 본 발명이 지지체에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
본 발명은 상술한 경사형 열전소자의 제조방법을 포함한다.
본 발명에 따른 경사형 열전소자의 제조방법은, 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상에 대응하는 곡선 내지 꺾은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 포함하는 광마스크를 이용하여, 광축이 경사되도록 광원 내지 감광층이 형성된 기판을 경사시켜 감광층을 노광한 후 현상하여, 패턴화된 감광층을 형성하는 단계; 상기 패턴화된 감광층을 몰드로 이용하여 금속층 및 열전물질층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 경사형 열전소자의 제조방법은 포토리소그래피 공정을 이용하여 경사형 열전소자를 제조하는 특징이 있으며, 나아가, 상술한 계면 형상에 대응하는 곡선 내지 꺽은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 갖는 광 마스크를 이용하여 노광을 수행하고, 광축이 경사되도록 하여 노광을 수행함으로써, 그 두께 방향으로 경사지고, 광이 입사되는 표면(감광층의 표면)에 상술한 열전물질층과 금속층간의 계면 형상에 대응하는 형상으로 노광이 이루어지도록 한 후, 이를 현상하여 패턴화된 감광층을 제조하는 특징이 있다. 이후, 이러한 패턴화된 감광층을 몰드로 이용하여 금속층 및 열전물질층을 형성함으로써, 상술한 경사형 열전소자를 제조할 수 있다.
도 14는 상술한 계면 형상에 대응하는 곡선 내지 꺽은 선 형의 테두리를 갖는 투광 패턴을 갖는 광 마스크의 일 예를 도시한 도면이다. 도 14(a)의 광마스크(1000)의 투광 패턴(1100)은 도 1을 기반으로 상술한 곡선형 계면에 상응하는 패턴이며, 도 14(b)의 광마스크(1000)의 투광 패턴(1100)은 도 5를 기반으로 상술한 곡선형 계면에 상응하는 패턴이며, 도 14(c)의 광마스크(1000)의 투광 패턴(1100)은 도 6을 기반으로 상술한 꺽은 선형 계면에 상응하는 패턴이며, 도 14(d)의 광마스크(1000)의 투광 패턴(1100)은 도 11을 기반으로 상술한 꺽은 선형 계면에 상응하는 패턴이다.
도 14에 도시한 일 예와 같이, 광 마스크의 투광 패턴의 서로 대향하는 두 테두리는 일 금속층(또는 일 열전물질층)을 기준으로 일 금속층의 일 측과 접하는 일 열전물질층(또는 금속층)과 일 금속층의 다른 일 측과 접하는 다른 일 열전물질층(또는 금속층)간의, 상술한 적층체의 최 상측 표면인 기준면에서의 계면 형상에 상응하는 형상일 수 있다. 이는, 후술하는 바와 같이, 광마스크를 이용한 경사 노광(광 축이 경사된 노광) 후, 노광된 영역(및 형상)에 대응하는 형상으로 금속층(또는 열전물질층)이 형성되고, 비노광된 영역(및 형상)에 대응하는 형상으로 열전물질층(또는 금속층)이 형성되기 때문이다.
이때, 도 14의 일 예는 투광 패턴을 기준으로 한 일 예이나, 투광 영역과 차광 영역의 경계가 투광 영역의 테두리 또는 차광 영역의 테두리에 상응함에 따라, 상술한 계면 형상이 투광 패턴만의 형상에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
상술한 바와 같이, 열전물질층과 금속층의 계면 형상에 대응하는 곡선 내지 꺽은 선 형의 테두리를 갖는 투광 패턴을 갖는 광 마스크(1000)를 이용하여 노광을 수행하되, 도 15에 도시한 일 예와 같이, 광축이 경사(θ)된 광에 의해 기판상 위치하는 감광층(3000)이 노광되도록 경사 노광이 수행될 수 있다. 광축이 경사된 광에 의한 경사 노광은 도 15에 도시한 일 예와 같이 감광층(3000)이 형성된 기판(2000)을 틸트시키거나, 이와 달리 광원 자체를 틸트시켜 광축(광의 진행방향)과 감광층(3000)의 표면간 일정 각도(도 15의 θ)로 경사지도록 함으로써 수행될 수 있다.
이때, 노광시 사용되는 광은 X-선인 것이 보다 유리하다. 즉, 투광 패턴을 갖는 광 마스크를 이용하여 경사 노광을 수행하되, X-선을 광원으로 노광이 수행되는 것이 유리하다.
구체적으로, X-선은 그 파장이 매우 짧아 높은 해상력을 가지며 종횡비가 큰 패턴의 형성이 가능하다. 무엇보다, UV를 비롯하여 X-선 대비 장파장의 광을 사용하는 경우, 감광층과 기판의 계면에서 반사하는 광에 의해, 경사 노광시 원치 않는 노광이 이루어질 수 있으며, 감광층의 두께가 얇아질수록 이러한 광 반사에 의한 원치 않는 노광에 의한 악영향은 보다 심화된다. 그러나, X-선을 이용하여 노광을 수행하는 경우 X-선의 강한 에너지(짧은 파장)에 의해 X-선이 기판을 투과함에 따라, 원치 않는 노광을 방지할 수 있으며, 광마스크의 차광 패턴 또는 투광 패턴에 따라 엄밀하게 설계된 패턴이 감광층으로 전사될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법은 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상에 대응하는 곡선 내지 꺾은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 포함하는 광마스크를 이용하고, X-선을 이용하여, 광축이 경사되도록 광원 내지 감광층이 형성된 기판을 경사시켜 감광층을 노광한 후 현상하여, 패턴화된 감광층을 형성하는 단계; 상기 패턴화된 감광층을 몰드로 이용하여 금속층 및 열전물질층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 이때, 바람직한 일 예에 따라 노광이 X-선을 이용하여 수행되는 경우, 광 마스크는 알려진 바와 같이, Au와 같은 X-선 비투과성 물질에 의해 차광 영역이 구획될 수 있음은 물론이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법의 공정을 단면도를 기반하여 도시한 일 공정도이다. 도 16에 도시한 일 예와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 a) 전도성 표면(CS)을 갖는 기판(2000) 상, 감광층(3000)을 형성하는 단계; b) 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상에 대응하는 곡선 내지 꺾은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 포함하는 광마스크(1000)를 이용하여, 광축이 경사되도록 광원 내지 감광층(3000)이 형성된 기판(2000)을 경사시켜 감광층(3000)을 노광한 후 현상하여, 패턴화된 감광층(3100)을 형성하는 단계; c1) 상기 전도성 표면(CS)을 일 전극으로 하여, 금속의 전해도금을 수행하고, 패턴화된 감광층(3100)을 제거하여, 전도성 표면 상 패턴화된 금속(4000)을 제조하는 단계; 및 d) 패턴화된 금속(4000) 사이의 빈 공간에 열전물질(5000)을 채우는 단계;를 포함할 수 있다.
기판(2000)은 전해도금시 일 전극으로 작용할 수 있는 전도성 표면을 제공하며, 감광층을 지지하는 지지체의 역할을 수행할 수 있는 한, 어떠한 물질이든 사용 가능하다. 구체적으로, 기판은 그 자체가 전도성일 수 있으며, 비전도성인 경우 비전도체의 표면에 전도성 표면층이 형성된 적층체일 수 있다. 보다 구체적으로, 기판 자체가 전도성인 경우 기판은 전도성 흑연(그라파이트)과 같은 전도성 탄소체, 금속 또는 전도성 유기물등일 수 있다. 기판이 전도성 표면층과 비전도성 기재의 적층체인 경우, 비전도성 기재는 비전도성의 유기물, 반도체, 금속 산화물이나 질화물을 포함하는 비전도성 금속화합물일 수 있으며, 전도성 표면층은 전도성 탄소층, 금속층 또는 전도성 유기물층일 수 있으나, 본 발명이 구체적인 기판의 물질에 의해 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 전해도금시 일 전극으로 작용할 수 있는 전도성 표면을 제공하며, 감광층을 지지하는 지지체의 역할을 수행할 수 있는 어떠한 물질이라도 사용 가능하다.
감광층(3000)의 감광 물질은 반도체 공정의 광 리소그래피 공정 또는 인쇄회로기판의 패터닝등에 통상적으로 사용하는 포토레지스트일 수 있으며, 좋게는 X-선 감응형 포토레지스트일 수 있다. 구체적으로, 감광층(3000)은 포토레지스트(PR)층일 수 있으며, 포토레지스트는 광에 노출됨으로써 용매에 대해 불용성이 되는 네가티브 포토레지스트(negative photoresist) 또는 광에 노출됨으로써 용매에 대해 가용성이 되는 의해 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)일 수 있다. 일 예로, 포토레지스트는 광, 좋게는 X-선에 의해 유도되는 반응에 의해, 용매에 대한 내성이 변화하는 감광성 유기물을 포함할 수 있다. 감광성 유기물은 감광성 수지, 이중결합을 포함하는 모노머(다관능성 모노머) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 감광성 수지는 폴리히드록시스티렌(Polyhydroxystyrene)계 수지, 메타아크릴레이트(Methacrylate)계 수지, 불소와 실리콘계 수지등을 들 수 있으며, 다관능성 모노머는 다가 알코올(polyhydric alcohol), 아크릴산, (메타)아크릴산 에스테르((meth)acrylic esters), 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트(tetraethyleneglycol diacrylate, TEGDA) 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate, TMPTA)에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 모노머를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 감광층의 포토레지스트는 통상의 감광성 유기물, 좋게는 X-선 감응성 유기물와 함께, 광산 발생제 및/또는 광염기 발생제등의 감광제와 같이 알려진 다양한 첨가제를 더 함유할 수 있음은 물론이다. 이러한 첨가제의 일 예로, 감광제, 광가교제, 광개시제, 증감제, 용해 저지제, 중합촉진제, 열 중합 금지제, 접착성 부여제, 광 발색제 및/또는 염료등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
감광층이 포토레지스트인 경우, 감광층은 상용의 포토레지스트 액을 도포 및 건조(필요시 소프트 베이킹등을 수행)하여 제조될 수 있으며, 이와 달리 드라이필름 레지스트를 사용할 수 있다.
감광층의 두께는 제조하고자 하는 열전소자의 두께(도 1의 z방향으로의 길이)와 같거나 보다 두꺼우면 무방하다. 그러나 과도하게 두꺼운 감광층의 경우 균일한 노광에 어려움이 있을 수 있음에 따라, 제조하고자 하는 열전소자의 두께를 기준으로 1 내지 2배의 두께로 감광층을 형성하는 것이 유리하다.
전도성 표면을 갖는 기판(2000)상 감광층을 형성한 후, 도 14를 기반으로 상술한 바와 같이, 열전물질층과 금속층간의 계면 형상에 대응하는 곡선 내지 꺽은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 갖는 광 마스크를 이용하고, 도 15를 기반으로 상술한 바와 같이, 광축이 경사되도록 경사노광을 수행한 후, 노광된 감광층을 현상하여, 패턴화된 감광층(3100)을 제조할 수 있다.
도 16의 일 예는 감광층(3000)이 포지티브형인 경우를 기준하여 도시한 도면으로, 패턴화된 감광층(3100)은 노광된 영역이 제거되며 수득되는 패턴일 수 있다 그러나, 본 발명에 따른 제조방법이 포지티브형 감광층에 한정될 수 없으며, 감광층이 네거티브인 경우 비노광된 영역이 제거되며 패턴화된 감광층이 수득될 수 있음은 물론이다.
이후, 현상에 의해 제거된 노광 영역에 금속을 형성하는 단계가 수행되는데, 이러한 금속 형성은 전해도금에 의해 수행되는 것이 유리하다. 구체적으로, 패턴화된 감광층(3100)은 열전물질층과 금속층간의 계면 형상에 대응하는 곡선 내지 꺽은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴이 전하된 패턴(최상부 표면에서의 패턴)을 가지면서도, 경사 노광에 의해 그 두께 방향으로 경사진 패턴(두께 단면에서의 패턴)을 가져, 기하학적으로 복잡한 형상을 갖는다. 이에 따라, 무전해 도금 또는 증착등은 안정적으로 현상에 의해 제거된 감광층의 빈 공간을 재현성있고 안정적으로 채우기 어렵다. 이에, 금속 형성시, 기판에 의해 제공되는 전도성 표면을 일 전극으로, 패턴화된 감광층(3100)을 도금 마스크한 전해도금에 의해 금속층을 형성하는 것이 고도로 복잡한 공간을 재현성있고 안정적으로 채울 수 있으며, 대면적의 공간을 균일하게 채울 수 있고, 저 비용의 간단한 공정으로 단시간에 채울 수 있어 유리하다.
도 16에 도시한 일 예와 같이, 노광된 감광층(3000)을 현상함에 따라, 노광된 영역과 접하여 위치하는 기판(2000)의 전도성 표면이 실제 표면으로 노출되게 된다. 이에 전해도금을 통해, 패턴화된 감광층(3100)에 의해 쉐이딩(shading)되지 않고 표면으로 노출된 전도성 표면으로부터 그 상부로 제거된 빈 공간을 채우며 금속이 도금될 수 있다. 전해도금시 도금되는 금속의 두께는 감광층(또는 패턴화된 감광층)의 두께와 동일하거나 그 이하이면 무방하다. 패턴화된 감광층(3100) 및 기판(2000)의 전도성 표면을 이용한 전해도금이 수행된 후, 패턴화된 감광층(3100)을 제거하는 단계가 수행될 수 있으며, 이에 의해 상술한 경사형 열전소자에서, 열전소자층 대신 빈 공간이 위치하는 구조물이 제조될 수 있다.
이후, 경사진 금속층 사이의 빈 공간을 채우도록 열전물질을 충진시켜 경사형 열전소자를 제조할 수 있다. 열전물질의 충진은 증착 또는 인쇄등을 통하여 수행될 수 있다. 이때, 증착은 열전물질 자체 또는 열전물질을 구성하는 원소들을 타겟으로 이용한 스퍼터링과 같은 물리적 증착을 포함할 수 있다. 또한, 인쇄는 열전물질, 글라스 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 열전물질 슬러리를 이용한 인쇄를 포함할 수 있으며, 열전물질 슬러리의 인쇄는 스크린 프린팅, 닥터 블레이드등 슬러리의 도포에 사용되는 통상의 인쇄 방법을 사용할 수 있다. 이후, 도 16에 도시된 일 예와 같이, 증착 또는 인쇄등에 의해 경사진 금속층 사이의 공간을 열전물질로 충진시킨 후, 금속층 상부와 같이 원치 않는 영역에 잔류하는 열전물질을 제거하기 위한 통상의 연마(CMP; 물리화학적 연마등)가 더 수행될 수 있음은 물론이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사형 열전소자의 제조방법의 공정을 단면도를 기반하여 도시한 다른 일 공정도이다.
도 16에서 상술한 바와 같이, 패턴화된 감광층(3100)을 몰드로 이용하여, 직접적으로 열전소자의 금속층이 형성될 수 있으나, 제조하고자 하는 열전소자의 두께가 수 내지 수십 마이크로미터 수준(order)인 초 박형인 경우 금속층간의 두께(높이) 편차를 균일하게 제어해야할 필요가 있다. 그러나, 도금 공정을 제어하여 그 두께 편차를 매우 정밀하게 제어하는 것은 어려우며, 특히 대면적의 소자를 제조하고자 하는 경우 연마등을 통해 그 두께(높이)를 균일하게 제어할 수 밖에 없다. 그러나, 도 16과 같이 금속과 수지(현상후 잔류하는 포토레지스트)가 공존하는 경우, 금속과 수지간의 기계적 물성이 매우 상이하여 연마 자체가 실질적으로 어려운 것이 현실이다.
이에 따라, 도 17의 다른 일 공정도와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은, 도 16과 유사하게, a) 전도성 표면(CS)을 갖는 기판(2000) 상, 감광층(3000)을 형성하는 단계; 및 b) 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상에 대응하는 곡선 내지 꺾은 선 형의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 포함하는 광마스크(1000)를 이용하여, 광축이 경사되도록 광원 내지 감광층(3000)이 형성된 기판(2000)을 경사시켜 감광층(3000)을 노광한 후 현상하여, 패턴화된 감광층(3100)을 형성하는 단계;가 수행된 후, c2) 전도성 표면을 일 전극으로 하여, 희생금속(SacM)의 전해도금을 수행하고, 패턴화된 감광층(3100)을 제거하여, 전도성 표면 상 패턴화된 희생금속(6000)을 제조하는 단계; c3) 패턴화된 희생금속(6000) 사이의 빈 공간을 채우며 패턴화된 희생금속(6000)을 덮도록 제1금속(ConM)을 전해도금한 후, 제1금속(ConM)과 희생금속(SacM)이 모두 표면으로 노출되도록 연마하고 희생금속(SacM)을 제거(선택적으로 제거)하여, 패턴화된 제1금속(7000)을 제조하는 단계; 및 d) 패턴화된 제1금속(7000) 사이의 빈 공간에 열전물질(5000)을 채우는 단계;를 포함할 수 있다.
즉, 도 17의 일 예로 제시된 공정은, 패턴화된 감광층(3100)을 도금 마스크로하여 기판(2000)상 직접적으로 열전소자의 금속층을 형성하는 것이 아닌, 패턴화된 감광층(3100)을 도금 마스크(또는 제1몰드)로 하여 기판(2000)상 패턴화된 희생금속(6000)을 형성한 후, 패턴화된 희생금속(6000)을 제2몰드로 하여 열전소자의 금속층인 제1금속(7000)을 형성하는 것이다.
다시 상술하면, 도 16의 일 예는, 패턴화된 감광층(3100)을 몰드로 열전소자의 금속층(4000)이 형성되는 반면, 도 17의 일 예는 패턴화된 감광층(3100)을 이용하여 제조된 패턴화된 희생금속(6000)을 몰드로 열전소자의 금속층(4000)이 제조되는 것이다.
각 패턴을 살피면, 도 16의 일 예에서는, 현상시 감광층에서 제거된 영역의 형상(노광 영역의 형상, 패턴)에 대응하는 형상이 금속층으로 전환되며, 현상시 감광층에서 잔류하는 영역의 형상이 열전물질층으로 전환되는 예이다. 반면, 도 17의 일 예에서는 현상시 감광층에서 제거된 영역의 형상(노광 영역의 형상, 패턴)에 대응하는 형상이 열전물질층으로 전환되며, 현상이 감광층에서 잔류하는 영역의 형상이 금속층으로 전환되는 예이다. 이는 도 17과 같은 공정의 경우, 패턴화된 감광층을 몰드로 전해도금에 의해 희생금속이 제조됨에 따라, 희생금속은 패턴화된 감광층의 패턴이 역전사된 패턴을 갖게 되며, 희생금속을 몰드로 제1금속이 형성됨에 따라, 제1금속은 다시 희생금속의 패턴이 역전사된 패턴을 가져, 결과적으로, 제1금속은 패턴화된 감광층의 패턴을 갖게 될 수 있다. 이에 따라, 현상시 잔류하는 감광성 물질 영역은 제1금속 영역으로 전환되며, 현상시 제거되는 감광성 물질의 영역은 열전물질영역으로 전환되게 된다.
이러한 패턴 전사의 상이함과 함께, 도 17의 일 예의 경우, 물리적 연마(MP) 또는 물리화학적 연마(CMP)등과 같은 연마(polishing)를 통해, 제1금속의 평탄화(균일화) 및 제조하고자 하는 경사형 열전소자의 두께 조절이 이루어질 수 있다. 상세하게, 도 16을 기반으로 상술한 바와 유사하게, 패턴화된 감광층(3100)을 도금마스크로 희생금속(SacM)의 전해도금을 수행하고, 패턴화된 감광층(3100)을 제거하여 패턴화된 희생금속(6000)을 제조한 후, 기판(2000)의 전도성 표면과 전도성 표면으로부터 연장된 패턴화된 희생금속(6000)을 일 전극으로, 다시 제1금속(ConM)의 전해도금을 수행할 수 있다. 도 17에 도시한 일 예와 같이, 제1금속(ConM)의 전해도금은 패턴화된 희생금속(6000) 사이의 빈 공간을 채우며 패턴화된 희생금속(6000)을 모두 덮도록 수행될 수 있다. 제1금속(ConM)을 전해도금한 후, 제1금속(ConM)과 희생금속(SacM)이 모두 표면으로 노출되도록 물리적 연마(MP) 또는 물리화학적 연마(CMP)등과 같은 연마(polishing)가 수행될 수 있다. 이러한 경우, 제1금속(ConM)과 희생금속(SacM)이 연마됨에 따라 그 기계적 물리적 물성이 서로 유사하여 극히 균일하고 편평한 표면의 연마면을 수득할 수 있으며, 제1금속이 엄밀하게 제어된 표면과 두께를 가질 수 있다.
연마가 수행된 후, 도 17에 도시한 일 예와 같이, 희생금속의 선택적인 제거가 수행될 수 있으며, 희생금속의 선택적 제거에 의해 패턴화되고, 그 두께(높이)와 표면이 엄밀하게 제어된 패턴화된 제1금속(7000)이 수득될 수 있다. 희생금속의 선택적 제거는, 희생금속만을 선택적으로 식각 제거하는 식각액을 통해 수행될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 경사형 열전소자의 금속층은 한정되지 않으나, 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 텅스텐(W), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 란타늄(La), 이리듐(Ir) 및 은(Ag)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 높은 전기전도도와 결착력, 및 저가 비용 측면에서 구리 또는 니켈인 것이 유리하다. 제1금속이 니켈인 경우, 희생금속은 니켈을 용해하지 않으며 희생금속만을 선택적으로 습식 에칭 가능한 금속이면 사용 가능한데, 구체적인 일 예로, 희생금속은 구리를 사용할 수 있다.
패턴화된 희생금속(6000)을 이용한 전해 도금, 연마 및 선택적 에칭에 의한 희생금속의 제거에 의해 패턴화된 제1금속(7000)이 제조될 수 있으며, 이후, 도 16을 기반으로 상술한 바와 유사하게, 패턴화된 제1금속(7000) 사이의 빈 공간(경사진 빈 공간)을 채우도록 열전물질(5000)을 충진시켜 경사형 열전소자를 제조할 수 있다. 앞서 상술한 바와 유사하게, 열전물질의 충진은 증착 또는 인쇄등을 통하여 수행될 수 있으며, 도 17에 도시한 일 예와 같이, 열전물질의 충진이 수행된 후, 패턴화된 제1금속(7000) 상부에 잔류하는 열전물질을 제거하기 위한 연마(물리적 연마 또는 물리화학적 연마)가 재수행될 수 있음은 물론이다.
상술한 방법을 통해, 경사진 열전물질층과 금속층이 교번 적층되되, 상기 열전물질층과 금속층의 적층 방향에 대해 평행한 면인 기준면을 기준으로, 기준면 상, 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상이 곡선 내지 꺾은 선 형을 포함하는 열전물질층과 금속층의 적층체를 포함하는 열전소자가 제조될 수 있다.
이후, 열전물질층과 금속층의 적층체 제조시 사용된 기판(2000)을 제거하는 단계가 더 수행될 수 있으며, 적층체의 최 하부면(기판과 접하였던 면) 및/또는 최 하부면의 대향면인 최 상부면에 지지체(S)를 부착하는 단계가 더 수행될 수 있다. 상세하게, 도 17에 도시한 일 예와 같이, 기판(2000)의 제거 전, 적층체의 최상부 표면에 일 지지체(S)를 부착한 후, 화학적, 물리적 또는 물리화학적 방법을 사용하여 기판(2000)을 제거하고, 이후, 다른 일 지지체(S)를 부착할 수 있다. 지지체는 유연성 지지체를 포함할 수 있다. 유연성 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET); 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN): 폴리이미드(PI); 폴리카보네이트(PC); 폴리프로필렌(PP); 트리아세틸셀룰로오스(TAC); 폴리에테르술폰(PES) 등을 포함하는 유연성 수지 필름 또는 금속 호일등을 들 수 있으나, 본 발명이 지지체에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (17)

  1. 경사진 열전물질층과 금속층이 계면을 이루며 교번 적층된 경사형 열전소자로,
    상기 열전물질층과 금속층이 교번 적층된 적층체는 적층 방향에 평행한 면인 최 상부 표면, 최 상부 표면에 대향하는 최 하부 표면 및 측면을 가지며,
    상기 열전물질층과 금속층간의 계면은 곡면 내지 서로 상이한 평면들로 이루어진 3차원적 형상이고,
    상기 3차원적 형상의 계면에 의해, 상기 최 상부 표면을 기준면으로 하여, 상기 기준면에서 선의 형상으로 나타나는 상기 열전물질층과 상기 금속층 간의 계면의 형상은 곡선 형상, 꺾은 선 형상 또는 이들의 조합을 일 단위로 하여 상기 일 단위가 반복되는 형상을 포함하며, 상기 측면에서 선의 형상으로 나타나는 상기 열전물질층과 상기 금속층 간의 계면 형상이 직선인 경사형 열전소자.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기준면 상, 상기 곡선 형상은 변곡점을 갖는 경사형 열전소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 기준면 상, 상기 계면의 형상은 파형(wave form)인 경사형 열전 소자.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기준면 상, 상기 꺾은 선 형상에서 꺾은 선을 이루는 두 선분간의 각도는 10° 내지 170°인 경사형 열전 소자.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기준면 상, 곡선 형상은 서로 상이한 곡률을 갖거나 서로 상이한 주기를 갖는 둘 이상의 단위의 조합에 의한 형상인 경사형 열전 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기준면 상, 상기 꺾은 선 형상은, 꺾은 선을 이루는 두 선분을 기준으로 서로 상이한 선분간 각도, 서로 상이한 선분의 길이, 또는 상이한 선분간 각도와 상이한 선분의 길이를 갖는 둘 이상의 꺾은 선을 포함하는 경사형 열전 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    교번 적층되는 금속층 중, 일 금속층을 기준으로, 상기 일 금속층의 일 측과 접하는 열전물질 층과의 계면을 제1계면으로, 상기 일 금속층의 다른 일 측과 접하는 열전물질 층과의 계면을 제2계면으로, 상기 기준면 상, 상기 제1계면과 상기 제2계면의 형상이 서로 동일하거나 대칭인 경사형 열전 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1계면의 형상에 대해 상기 제2계면의 형상이 동일하거나 대칭이되, 상기 기준면 상 상기 열전물질층과 금속층이 교번 적층되는 적층 방향에 수직인 방향으로 이동된 형상인 경사형 열전 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 열전물질층의 열전물질은 N형 열전물질 또는 P형 열전물질인 경사형 열전 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 N형 열전물질은 비스무스, 콘스탄탄constantan), 니켈, 포타슘, 코발트 안티모나이드, 비스무스-텔루륨계 또는 비스무스-텔레늄-셀레늄계 화합물을 포함할 수 있으며, P형 열전물질은 셀레늄, 텔레늄, 실리콘, 게르마늄, 안티모니, 니크롬, 몰리브덴, 구리, 알루미늄, 카본, 백금, 아연 안티모나이드, 안티몬-텔루륨계 또는 비스무스-안티몬-텔루늄계 화합물을 포함하는 경사형 열전 소자.
  14. 제 1항, 제 3항 내지 제 4항, 제 6항 및 제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 경사형 열전 소자의 제조방법으로, 기준면에서의 열전물질층과 금속층 간의 계면의 형상에 대응하는, 곡선 형상, 꺾은 선 형상 또는 이들의 조합을 일 단위로 하여 상기 일 단위가 반복되는 형상의 테두리를 갖는 투광 또는 차광 패턴을 포함하는 광마스크를 이용하여, 광축이 경사되도록 광원 내지 감광층이 형성된 기판을 경사시켜 감광층을 노광한 후 현상하여, 패턴화된 감광층을 형성하는 단계; 상기 패턴화된 감광층을 몰드로 이용하여 금속층 및 열전물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 경사형 열전소자의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    a) 전도성 표면을 갖는 기판 상, 감광층을 형성하는 단계;
    b) 상기 패턴화된 감광층을 형성하는 단계;
    c1) 상기 전도성 표면을 일 전극으로 하여, 금속의 전해도금을 수행하고, 패턴화된 감광층을 제거하여, 전도성 표면 상 패턴화된 금속을 제조하는 단계; 및
    d) 패턴화된 금속 사이의 빈 공간에 열전물질을 채우는 단계;
    를 포함하는 경사형 열전소자의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    a) 전도성 표면을 갖는 기판 상, 감광층을 형성하는 단계;
    b) 상기 패턴화된 감광층을 형성하는 단계;
    c2) 상기 전도성 표면을 일 전극으로 하여, 희생금속의 전해도금을 수행하고, 패턴화된 감광층을 제거하여, 전도성 표면 상 패턴화된 희생금속을 제조하는 단계;
    c3) 상기 패턴화된 희생금속 사이의 빈 공간을 채우며 상기 패턴화된 희생금속을 덮도록 제1금속을 전해도금한 후, 제1금속과 희생금속이 모두 표면으로 노출되도록 연마하고 희생금속을 제거하여, 패턴화된 제1금속을 제조하는 단계; 및
    d) 패턴화된 제1금속 사이의 빈 공간에 열전물질을 채우는 단계;
    를 포함하는 경사형 열전 소자의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 노광은 X-선 노광인 경사형 열전 소자의 제조방법.
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