KR102455336B1 - 나노선 기반의 열전 발전소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노선 기반의 열전 발전소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 열전 발전소자는 기판 상에 형성되며, 표면 및 표면에 구비된 복수의 피트-홀(pit-hole)에 금속 나노입자(nano-particle)가 흡착되는 복수의 나노선(nano-wire)을 포함하고, 금속 나노입자는 복수의 나노선 각각에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행한다.
한편, 본 발명은 과학기술정보통신부와 한국연구재단(과제관리기관)의 '한중일 교류협력사업'의 일환으로 수행되는 연구과제인 "고순도 반도체 단일벽탄소나노튜브 활용 상온 볼로미터 개발(과제번호: 2020K2A9A2A08000200, 연구기간: 2020.04.01 ~ 2021.03.31)"을 통해 동국대학교(과제수행기관)에 의해 개발된 기술에 관한 것이다.

Description

나노선 기반의 열전 발전소자 및 그 제조방법{THERMOELECTRIC POWER GENERATION DEVICE BASED ON NANO-WIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 나노선 기반의 열전 발전소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 나노입자를 포함하는 나노선 다발을 이용하여 열전 발전 효율을 개선하는 기술적 사상에 관한 것이다.
열전 발전은 소자의 양단 온도차이를 전압 차로 바꾸어 발전하는 방식을 말하며, 발전소의 폐열을 재활용하는 것부터 웨어러블 소자로 사용하는 등 활용 가능한 범위가 넓다는 장점이 있다.
열전 발전은 성능지수로 발전 효율을 판단하며, 성능지수(ZT)는 전기전도도(σ), 제백계수(온도차이로 만들어지는 양 단의 전압차, S)의 제곱 및 작동 온도(T)의 곱을 열 전도도(κ)를 나눠준 값으로 결정된다(즉, ZT=S2σT/κ).
기존 열전 발전 기술은 3D의 조밀한 결정 구조를 중심으로 연구되고 있다. 조밀한 결정구조를 가진 열전 발전 물질들은 약 600도 이상에서 최상의 발전 성능을 보이며, 상용화 가능한 수준의 열전 발전 능력에 근접했다.
하지만, 상온 근처에서의 발전은 조밀한 형태의 열전 발전 물질이 효율적이지 못하며, 인체에 치명적인 독성 원소들을 사용한 경우가 많아 웨어러블로는 적합하지 못하다.
웨어러블 소자로 활용하기 위한 상온 열전 발전 물질 후보군 중 자주 언급되는 물질 군은 비정질-유기물 열전 발전 물질들이다. 중금속을 배제하고 탄소와 그 화합물로 구성된 열전 발전 물질을 만들어 독성이 작다는 장점이 있다.
하지만 탄소 원자 자체가 가벼워서 생기는 열전도도 감소의 한계, 수분에 취약하여 소자의 수명이 길지 않는다는 문제점, 그리고 이를 해결하기 위한 소수성 물질들은 대부분 유독하다는 문제점들이 있다.
이에, 중금속 등에 의한 독성이 없고, 수분에 강해 소자 수명이 긴 상온 열전 물질의 탐구가 이루어졌고, 그 해답 중 하나로 1차원 나노선(nanowire) 형태의 실리콘을 활용한 열전 발전이 제시되었다.
탑-다운(top-down) 방식으로 만들어진 실리콘 나노선은 표면의 거칠기가 크고 나노선의 반지름이 작아 열전 발전 능력이 향상된다. 이후 연구진들은 연구를 통해 실리콘 나노선 1가닥에서 나오던 열전 발전 효율을 실리콘 나노선이 수직으로 정렬된 기판 크기 전체에서 나올 수 있도록 만들었다.
하지만, 상술한 방식으로 제조된 열전 발전 기판의 효율이 상용화에는 턱없이 모자르며, 현재 학계에 알려진 대다수의 변수들을 이미 조정하였기에 새로운 해결책이 필요한 상황이다.
한편, 본 발명은 과학기술정보통신부와 한국연구재단(과제관리기관)의 '한중일 교류협력사업'의 일환으로 수행되는 연구과제인 "고순도 반도체 단일벽탄소나노튜브 활용 상온 볼로미터 개발(과제번호: 2020K2A9A2A08000200, 연구기간: 2020.04.01 ~ 2021.03.31)"을 통해 동국대학교(과제수행기관)에 의해 개발된 기술에 관한 것이다.
한국공개특허 제10-2019-0056024호, "실리사이드층을 포함하는 수직 나노선을 이용한 열전소자 및 이의 제조 방법" 한국공개특허 제10-2020-0080961호, "절연 방열 나노와이어, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 복합체"
본 발명은 금속 나노입자를 나노선에 흡착시켜 열전 발전 효율을 향상시킬 수 있는 열전 발전소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 나노선의 표면에 금속 나노입자를 흡착시켜 열 확산 특성을 향상시킬 수 있는 열전 발전소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 물질이 바뀌는 것이 아니라 금속 나노입자를 흡착시켜 물성을 개선함으로써, 기존에 연구된 물성들을 동일하게 활용할 수 있는 열전 발전소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 열전 발전소자는 기판 상에 형성되며, 표면 및 표면에 구비된 복수의 피트-홀(pit-hole)에 금속 나노입자(nano-particle)가 흡착되는 복수의 나노선(nano-wire)을 포함하고, 금속 나노입자는 복수의 나노선 각각에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 금속 나노입자는 복수의 나노선 중 대응되는 나노선과의 인접면에 형성되는 쇼트키 베리어(schottky barrier)를 통해 에너지 필터링을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 금속 나노입자는 금(Au) 나노 입자일 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 나노선은 촉매 금속 에칭(metal-assisted chemical etching, MACE)을 통해 기판에 수직으로 형성되는 실리콘 나노선일 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 나노선은 기판의 상부에 형성되는 제1 나노선 다발 및 기판의 하부에 형성되는 제2 나노선 다발을 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 제1 나노선 다발은 일측에 기판이 연결되고 타측에 상부 전극이 연결되며, 제2 나노선 다발은 일측에 기판이 연결되고, 타측에 하부 전극이 연결될 수 있다.
일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 촉매 금속 에칭(metal-assisted chemical etching, MACE)를 통해 기판 상에 복수의 피트-홀(pit-hole)이 표면에 형성된 복수의 나노선(nano-wire)을 형성하는 단계 및 복수의 나노선에 금속 나노입자(nano-particle)를 흡착시키는 단계를 포함하고, 금속 나노입자는 복수의 나노선 각각에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 금속 나노입자는 복수의 나노선 중 대응되는 나노선과의 인접면에 형성되는 쇼트키 베리어(schottky barrier)를 통해 에너지 필터링을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 나노선을 형성하는 단계는 실리콘 웨이퍼 상에 불산-은 수용액을 도포하는 단계와, 불산-은 수용액이 도포된 실리콘 웨이퍼에서 은 입자가 덮고 있는 영역을 식각하는 단계 및 식각된 실리콘 웨이퍼에 존재하는 은 입자를 제거하여 복수의 나노선을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 금속 나노입자를 흡착시키는 단계는 무전해 증착(electroless deposition)을 통해 복수의 나노선의 표면에 금속 나노입자를 흡착시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 금속 나노입자를 나노선에 흡착시켜 열전 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 나노선의 표면에 금속 나노입자를 흡착시켜 열 확산 특성을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 물질이 바뀌는 것이 아니라 금속 나노입자를 흡착시켜 물성을 개선함으로써, 기존에 연구된 물성들을 동일하게 활용할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 열전 발전소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 금속 나노입자의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 복수의 나노선의 길이, 분포도 및 금속 나노입자의 흡착 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 복수의 나노선에 대한 EDS 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 열전 발전소자의 응용예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 소자 특성의 측정 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 열전 발전소자 최적화된 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 최적화된 구조에 따른 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 열전 발전소자의 열 확산 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 에너지 필터링 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 열전 발전소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일실시예에 따른 열전 발전소자(100)는 금속 나노입자(nano-particle)를 나노선(nano-wire)에 흡착시켜 열전 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 열전 발전소자(100)는 나노선의 표면에 금속 나노입자를 흡착시켜 열 확산 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 열전 발전소자(100)는 물질이 바뀌는 것이 아니라 금속 나노입자를 흡착시켜 물성을 개선함으로써, 기존에 연구된 물성들을 동일하게 활용할 수 있다.
구체적으로, 열전 발전소자(100)는 기판(110) 상에 형성되며, 표면 및 표면에 구비된 복수의 피트-홀(pit-hole)에 금속 나노입자(130)가 흡착되는 복수의 나노선(120)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 나노입자(130)는 금(Au) 나노 입자일 수 있다.
바람직하게는, 복수의 나노선(120)은 150 nm 내지 200 nm의 직경과, 25 μm의 길이로 형성된 각각의 나노선들로 구성되는 나노선 다발을 의미할 수 있다.
또한, 금속 나노입자(130)는 10nm 이하의 직경으로 형성될 수 있으며, 수용액 상태로 고르게 분산시켜 복수의 나노선(120)의 표면에 주로 흡착시킬 수 있다.
한편, 금속 나노입자(130)는 무전해 증착(electroless deposition)을 통해 복수의 나노선(120) 표면에 흡착될 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 나노선(120)은 촉매 금속 에칭(metal-assisted chemical etching, MACE)을 통해 기판(110)에 수직으로 형성되는 실리콘 나노선일 수 있다.
예를 들면, 복수의 나노선(120)은 촉매 금속 에칭의 수행 과정에서 표면에 복수의 피트-홀이 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 복수의 나노선(120)은 기판의 상부에 형성되는 제1 나노선 다발 및 기판의 하부에 형성되는 제2 나노선 다발을 포함할 수도 있으며, 여기서 제1 나노선 다발은 일측에 기판이 연결되고 타측에 상부 전극이 연결되며, 제2 나노선 다발은 일측에 기판이 연결되고, 타측에 하부 전극이 연결될 수도 있다.
다시 말해, 열전 발전소자(100)는 기판(110)을 중심으로 기판(110)의 상하부 각각에 복수의 나노선(120)이 배치된 구조체로 형성될 수도 있다.
일실시예에 따른 금속 나노입자(130)는 복수의 나노선(120) 각각에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 금속 나노입자(130)는 복수의 나노선(120) 중 대응되는 나노선과의 인접면에 형성되는 쇼트키 베리어(schottky barrier)를 통해 에너지 필터링을 수행할 수 있다.
구체적으로, 열전발전 소자(100)는 복수의 나노선(120) 각각의 표면에 복수의 금속 나노입자(130)가 흡착되어 에너지 필터링이 수행될 수 있고, 이와 동시에 흡착된 금속 나노입자(130)는 공기와의 접촉면이 넓은 구조로 인해 열 교환이 유리하게 이루어지므로 금속 나노입자(130)를 매개로 한 공기와의 열 교환으로 인해 열전 발전의 효율이 비약적으로 증가할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 금속 나노입자의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 열전 발전소자(200)는 표면에 금속 나노입자가 흡착된 나노선을 포함할 수 있고, 바람직하게는 나노선은 실리콘 나노선(Si NW), 금속 나노입자는 금 나노입자(Au NP)일 수 있다.
여기서, 일실시예에 따른 금속 나노입자는 흡착된 나노선에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행할 수 있다.
구체적으로, 열전 발전소자는 성능지수(ZT=S2σT/κ)를 높이기 위하여 전기 전도도(σ)와 제백 계수(S)를 높이고 열 전도도(κ)를 낮추는 방향으로 연구가 진행되고 있지만, 각 요소간 상관관계가 있어 한쪽이 좋아지면 한쪽이 나빠져 성능향상으로 잘 이어지지 않는다.
예를 들면, 열전 발전소자는 전기 전도도(σ)를 개선하면 전자에 의해 열 전도도(κ)도 좋아져 수치가 상쇄될 수 있으며, 전자 농도를 바꿔 전기 전도도(σ)를 개선하면 오히려 제백계수(S)가 낮아지는 경향이 있다.
이러한 성능지수(ZT)의 특성적 한계를 고려하여, 일실시예에 따른 열전 발전소자(200)는 수직 정렬되어 상호 접촉이 없는 나노선, 즉 가는 선 형태의 소자에 금속 나노입자를 흡착시킬 수 있으며, 이를 통해 열전 발전 효율을 극대화할 수 있다.
보다 구체적으로, 열전 발전소자(200)는 상술한 방법을 통해, 2D 형태로 금속 나노입자를 도포할 때 나타나는 열 전달 방해 특성 및 제백 계수(S)의 증가 특성과 더불어, 금속 나노입자의 흡착으로 인해 나타나는 열 확산 특성 및 에너지 필터링 특성으로 인해 열전 발전 효율을 극대화할 수 있다.
열 전달 방해 특성은 금속 나노입자가 열 전달 매커니즘 중 하나인 포논에 의한 열 전달을 방해해 열전 발전에 필요한 양단의 온도차를 크게 만드는 특성을 의미한다.
제백 계수(S)의 증가 특성은 금속 나노입자와 반도체가 만나면 표면에서 쇼트키 베리어라는 에너지 장벽이 형성되는데, 이 에너지 장벽이 낮은 에너지의 전하를 흐르지 못하게 막아 제백계수(S), 즉 나노선의 양 단의 전압차가 커지는 특성을 의미한다. 다만, 제백 계수(S)가 증가하면 전기 전도도(σ)가 낮아지는 부작용이 발생될 수 있다.
열 확산 특성은 금속 나노입자의 표면에서 공기로 열이 방출되는 특성을 의미하며, 열전 발전소자(200)에 구비된 나노선 다발은 기존 열전 소자 대비 표면적이 넓어서 금속 나노입자가 흡착되었을 때 금속 나노입자와 공기 간의 접촉 표면적이 넓어지게 되어 공기 중으로의 열 방출이 훨씬 효율적으로 이루어질 수 있다.
즉, 열전 발전소자(200)는 금속 나노입자가 열을 공기 중으로 방출하므로, 나노선을 통해 열 전달이 잘 이루어지지 않게 되어 열 전도도(κ)의 감소로 이어질 수 있다. 이러한 열 전도도(κ)의 감소는 포논 및 전기 전도도와 같은 특성에 대한 제어없이 이루어지기 때문에 순수한 열전 효율의 상승으로 이어질 수 있다.
에너지 필터링 특성은 쇼트키 베리어가 존재하는 공핍층 영역의 범위가 나노선의 굵기보다 굵어지면서 나노선 소자의 전 범위에서 발생되는 에너지의 필터링 특성을 의미한다.
보다 구체적인 예를 들면, 열전 발전소자(200)에 구비되는 각각의 나노선은 150nm 내지 200 nm의 직경을 갖는 p-타입(p-type)의 실리콘 나노선일 수 있으며, 이러한 실리콘 나노선의 표면에 금 나노입자가 흡착되면 공핍층 영역의 범위가 약 383nm 정도로 실리콘 나노선의 단면을 전부 포함하게 되어 에너지 필터링이 극대화될 수 있다.
즉, 열전 발전소자(200)는 에너지 필터링 특성이 극대화됨에 따라, 전기 전도도(σ)의 감소가 크게 나타나지만 제백 계수(S)의 증가 또한 크게 나타나게 되며, 성능지수(ZT)에서는 제백 계수(S)의 제곱이 더 주요하게 작용하므로, 결과적으로 열전 효율이 향상되는 효과를 나타낼 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 복수의 나노선의 길이, 분포도 및 금속 나노입자의 흡착 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 도 3의 (a), (b) 및 (d)는 기판 상에 수직으로 정렬된 복수의 나노선에 대한 SEM(scanning electron mmicroscope) 이미지를 도시하고, 도 3의 (c)는 복수의 나노선에 대한 TEM(transmission electron microscope) 이미지를 도시한다.
도 3의 (a) 내지 (b)에 따르면, 일실시예에 따른 열전 발전소자에 구비된 복수의 나노선은 약 25 μm의 길이로 형성될 수 있으며, 금속 나노입자가 고르게 분포(흡착)되는 것을 확인할 수 있다.
도 3의 (c) 내지 (d)에 따르면, 복수의 나노선 각각에 흡착된 금속 나노입자의 크기는 약 10 nm 정도의 직경을 갖으며, 생성된 나노선의 표면의 65% 정도를 뒤덮고 있는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 복수의 나노선에 대한 EDS 분석 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4의 (a) 내지 (b)는 복수의 나노선에 대한 TEM(transmission electron microscope) 기반의 EDS(energy-dispersive x-ray spectroscopy) 분석 실험의 결과를 도시 한다.
구체적으로, 도 4의 (a)는 일반 나노선에 대한 분석 결과를 도시하고, 도 4의 (b)는 금속 나노입자가 흡착된 나노선에 대한 분석 결과를 도시하며, 여기서 금속 나노입자는 금 나노입자이고 나노선은 실리콘 나노선일 수 있다.
도 4의 (a) 내지 (b)에 따르면, 일반 나노선에서는 실리콘 신호와 산소 신호, 그 이외에 TEM 장비를 구성하는 원소들의 신호가 나왔으며, 금 나노입자가 흡착된 이후에는 나노선에서 해당 원소 이외에 금 입자 신호가 관측되는 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 실리콘 나노선 각각의 표면에는 금 나노입자가 고루 흡착되는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 열전 발전소자의 응용예를 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 5는 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 일실시예에 따른 열전 발전소자의 응용 예시를 설명하는 도면으로 이후 도 5를 통해 설명하는 내용 중 도 1 내지 도 4를 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 일실시예에 따른 열전 발전소자(500)는 기판(510)의 상부에 형성되는 제1 나노선 다발(520), 기판(510)의 하부에 형성되는 제2 나노선 다발(530)을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 나노선 다발(510)은 제1 구리 로드(Cu rod)(540) 및 제1 전극(560)을 포함하는 상부 전극과 연결되고 제2 나노선 다발(530)은 제2 구리 로드(550) 및 제2 전극(570)을 포함하는 하부 전극과 연결될 수 있다.
제1 나노선 다발(520) 및 제2 나노선 다발(530)에 구비된 각각의 나노선은 표면에 금속 나노입자가 흡착될 수 있으며, 흡착된 금속 나노입자는 대응되는 나노선 각각에 대하여 에너지 필터링과 열 확산을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 제1 나노선 다발(520) 및 제2 나노선 다발(530) 중 적어도 하나는 접합 물질을 통해 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
접합 물질은 표면이 고르지 못하기에 액상 형태에 가까운 물질이고, 나노선 사이사이로 스며들게 되면 열의 우회로가 생기므로 표면장력이 좋은 물질이며, 전기 전도도가 나노선을 구성하는 물질인 실리콘 보다 좋고, 열 전도도가 좋은 물질일 수 있다.
또한, 접합 물질은 얇게 도포해도 성능이 유지되고, 전기적 특성에 대한 측정 중 수분 및 열과 같은 환경적인 요인에 의한 변형이 발생되지 않는 물질일 수 있다.
바람직하게는, 접합물질은 인듐-갈륨 공융합금(In-Ga euthetic)으로 구현될 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 열전 발전소자는 기판(510)을 중심으로 제1 나노선 다발(520) 및 제2 나노선 다발(530)이 구비되는 복합 구조체로 형성되어, 열전 발전 효율을 향상시킬 수 있으며, 구리 로드 등을 이용하여 전기 전도도(σ), 제백 계수(S), 전기 저항률(ρ), 전압(v) 및 작동 온도(T)와 같은 소자 특성을 용이하게 측정할 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 소자 특성의 측정 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 기판(Si wafer), 일반 실리콘 나노선(Si NWs) 및 금 나노입자가 흡착된 실리콘 나노선(SiAuNPsNWs)에 대하여 성능지수(ZT)를 구성하는 각 요소들의 측정결과를 도시한다.
구체적으로, 도 6의 (a)는 열 전도도(κ), 전기 전도도(σ)의 역수인 전기 저항률(ρ) 및 제백 계수(S)의 측정결과를 도시한다.
또한, 도 6의 (b)는 기판(Si wafer), 일반 실리콘 나노선(Si NWs) 및 금 나노입자가 흡착된 실리콘 나노선(SiAuNPsNWs)에 대한 성능지수(ZT) 및 역률(power factor, PF)의 도출결과를 도시한다.
예를 들면, 도 6의 (a) 내지 (b)는 도 5의 열전 발전소자를 통해 산출된 결과를 도시할 수 있다.
도 6의 (a)에 따르면, 일실시예에 따른 열전 발전소자는 가공이 진행될수록 제백 계수(S)와 전기 저항(ρ)이 상승하며 열 전도도(κ)가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제백 계수(S)와 열 전도도(κ)는 성능지수(ZT)가 상승하는 방향으로 변화하나 전기 저항(ρ)은 성능지수(ZT)가 감소하는 방향으로 변화하는 것을 확인할 수 있다.
도 6의 (b)에 따르면, 일실시예에 따른 열전 발전소자의 성능지수(ZT) 및 역률(PF)은 실리콘 나노선(Si NWs)에서 금 나노입자가 흡착된 실리콘 나노선(SiAuNPsNWs)으로 변화하면서 각각 13.2배와 2.28배 증가하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 일실시예에 따른 열전 발전소자의 실리콘 나노선은 흡착된 금 나노입자로 인해 향상된 열 확산 특성으로 인해 열 전도도(κ)가 크게 감소될 수 있으며, 실리콘 나노선의 큰 직경으로 인한 에너지 필터링 특성으로 인해 제백 계수(S) 또한 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 일실시예에 따른 열전 발전소자의 실리콘 나노선은 전기 저항(ρ)의 증가에도 불구하고, 열 전도도(κ)의 감소와 제백 계수(S)의 증가로 인해 성능지수(ZT)가 현저히 향상하는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 열전 발전소자 최적화된 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 최적화된 구조에 따른 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 8을 참조하면, 도 7의 (a) 내지 (d)는 범밀도함수(density functional theory, DFT)를 통해 도출된 실리콘 슬래브(Si slab)의 최적화된 구조를 도시한다.
구체적으로, 도 7의 (a)는 금 원자가 구비되지 않은 실리콘 슬래브를 도시하고, 도 7의 (b)는 하나의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브를 도시하며, 도 7의 (c)는 5개의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브를 도시하고, 도 7의 (d)는 13개의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브를 도시한다. 또한, 도 7의 (a) 내지 (d)에 도시된 네모 상자는 실리콘 결정(diamond-cubic structure)의 단위 셀을 나타낸다.
도 8의 (a) 내지 (c)는 도 7의 금 원자가 구비되지 않은 실리콘 슬래브(undoped), 하나의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브(1 Au atom), 5개의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브(5 Au atom) 및 13개의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브(13 Au atom)에 대한 온도에 따른 열전 특성의 시뮬레이션 결과를 도시한다.
구체적으로, 도 8의 (a)는 온도에 따른 최소 열 전도도(κmin)의 시뮬레이션 결과를 도시하고, 도 8의 (b)는 온도에 따른 최소 전기 전도도(σmin)의 시뮬레이션 결과를 도시하며, 도 8의 (c)는 온도에 따른 최대 성능지수(|ZT|max)의 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 7의 (a) 내지 (d)에 따르면, 일실시예에 따른 실리콘 슬래브는 금 원자의 수가 증가함에 이미 흡착된 금 원자를 기준으로 추가 흡착되는 금 원자가 응집되는 것과 같은 형상을 보이는 것을 확인할 수 있다.
도 7의 (a) 내지 (d)에 도시된 구조체들의 열전 특성을 도시하는 도 8의 (a) 내지 (c)에 따르면, 온도에 따른 최소 열 전도도(κmin) 및 최소 전기 전도도(σmin) 특성은 금 원자의 증착 횟수에 따라 감소하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 300K의 온도에서 금 원자가 구비되지 않은 실리콘 슬래브(undoped)는 최소 열 전도도(κmin)가 1.96 WK-1m-1, 최소 전기 전도도(σmin)가 0.129 Х106 S/m인 것으로 나타났으며, 13개의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브(13 Au atom)는 최소 열 전도도(κmin)가 0.47 WK-1m-1, 최소 전기 전도도(σmin)가 0.0485 Х106 S/m인 것으로 나타났다.
여기서, 증착된 금 원자로 인해 감소하는 최소 전기 전도도(σmin)는 금 나노입자에서 전달된 전자가 얇은 실리콘 슬래브를 중성(neutral)으로 변화시키는 현상을 통해 설명될 수 있다. 즉, 도핑되지 않은 얇은 실리콘 슬래브의 실리콘 원자는 전기적으로 양성이며, 금 원자가 증착될 때 전자를 얻을 수 있다.
13개의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브(13 Au atom)의 최소 전기 전도도(σmin)는 금 원자가 구비되지 않은 실리콘 슬래브(undoped)에 비해 2.65배 감소하는데, 이는 도 6의 (a)를 통해 설명과 일반 실리콘 나노선의 전기 저항률(ρ)에 비해 금 나노입자가 흡착된 실리콘 나노선의 전기 저항률(ρ)이 증가하는 실험 결과와 유사한 결과를 나타낸다.
결과적으로, 300K 온도에서 최대 성능지수(|ZT|max)는 금 원자가 구비되지 않은 실리콘 슬래브(undoped)에 0.133으로 나타나며 13개의 금 원자가 구비된 실리콘 슬래브(13 Au atom)에서 0.212로 나타나, 도 6의 (b)를 통해 설명한 바와 같이, 금 나노입자로 인해 성능지수가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 금 나노입자가 흡착된 실리콘 나노선은 열이 금 나노입자에 축적되게 되며, 즉 흡착된 금 나노입자에 의해 열 전달이 방해를 받으면서 일반 실리콘 나노선 보다 면외(out-of-plane) 열 전도도(κ)가 감소하게 되어, 성능지수(ZT)를 향상시킬 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 열전 발전소자의 열 확산 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 도 9의 (a) 내지 (c)는 일실시예에 따른 나노선에서 공기 중으로 방출되는 열 흐름을 유한요소법(finite element method, FEM)으로 시뮬레이션한 결과를 도시한다.
구체적으로, 도 9의 (a)는 나노선의 피트-홀(pit-hole)에서의 열 흐름을 도시하고, 도 9의 (b)는 나노선의 피트-홀에 흡착된 금속 나노입자에서의 열 흐름을 도시하며, 도 9의 (c)는 나노선의 표면에 흡착된 금속 나노입자에서의 열 흐름을 도시한다.
예를 들면, 나노선은 실리콘 나노선(Si)을 의미하고, 금속 나노입자는 금 나노입자(Au)를 의미할 수 있다.
도 9의 (a) 내지 (c)에 따르면, 일실시예에 따른 실리콘 나노선은 나노입자의 포논 산란 효과를 통한 열 전도도(κ)의 감소와 더불어, 금속 나노입자가 나노선을 타고 흘러야할 열을 공기(air) 중으로 방출하여 나노선의 양 끝단의 온도 차이를 더 벌어지게 할 수 있다.
구체적으로, 나노선의 표면에 구비된 피트-홀에서는 일반적인 나노선의 표면 보다 공기로 방출되는 열이 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉 피트-홀은 나노선의 열을 분산시키고 공기 중으로 효율적으로 방출할 수 있다.
또한, 나노선의 피트-홀에 흡착된 금속 나노입자와 나노선의 표면에 흡착된 금속 나노입자에서는 나노선의 표면 대비 50배 이상의 열이 공기 중으로 방출되는 것을 확인할 수 있다.
특히, 나노선의 피트-홀에 흡착된 금속 나노입자의 경우에는 피트-홀에 집중된 열을 공기 중으로 보다 효율적으로 방출함에 따라, 나노선의 표면에 흡착된 금속 나노입자 보다 더 많은 열을 방출하는 것을 확인할 수 있다.
다시 말해, 피트-홀에 금속 나노입자가 흡착된 나노선은 표면에 금속 나노입자가 흡착된 나노선 보다 열 전도도(κ)를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 열전 효율을 극대화할 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 에너지 필터링 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 10의 (a)는 나노선과 금속 나노입자간의 계면(interface)에서의 밴드 다이어그램(band diagram)을 도시한다.
여기서, 나노선은 p-타입의 실리콘 나노선(p-type Si NW)이고, 금속 나노입자는 금 나노입자(Au NP)이며, ΦSi 및 ΦAu는 각각 나노선 및 금속 나노입자의 일함수(work function), VB는 계면에서의 쇼트키 베리어를 의미할 수 있다.
도 10의 (b)는 금속 나노입자가 흡착된 나노선의 향상된 열전 특성 메커니즘을 도시한다.
도 10의 (a) 내지 (b)에 따르면, 일실시예에 따른 열전 발전소자는 나노선(p-type Si NW)과 금속 나노입자(Au NP)간의 계면(interface)에 쇼트키 베리어(VB)가 형성되고, 형성된 쇼트키 베리어(VB)는 공핍 영역에서의 전하 캐리어(charge carrier)의 수송(즉 나노선의 입구에서 출구로의 수송)을 방해할 수 있다.
즉, 금속 나노입자(Au NP)가 흡착된 나노선(p-type Si NW)은 나노선(p-type Si NW)의 입구와 출구에서의 전하 캐리어의 밀도(population)가 확장된 공핍 영역으로 인해 큰 차이를 나타내므로, 제백 계수(S)가 크게 증가될 수 있으며, 결과적으로 제백 계수(S)의 증가로 인해 열전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11은 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
다시 말해, 도 11은 도 1 내지 도 10을 통해 설명한 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로, 이후 도 10을 통해 설명하는 내용 중 도 1 내지 도 10을 통해 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 1110 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 촉매 금속 에칭(metal-assisted chemical etching, MACE)를 통해 기판 상에 복수의 피트-홀(pit-hole)이 표면에 형성된 복수의 나노선(nano-wire)을 형성할 수 있다.
다음으로, 1120 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 복수의 나노선에 금속 나노입자(nano-particle)를 흡착시킬 수 있다.
여기서, 일실시예에 따른 금속 나노입자는 복수의 나노선 각각에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 금속 나노입자는 복수의 나노선 중 대응되는 나노선과의 인접면에 형성되는 쇼트키 베리어(schottky barrier)를 통해 에너지 필터링을 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 1120 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 무전해 증착(electroless deposition)을 통해 복수의 나노선의 표면에 금속 나노입자를 흡착시킬 수 있다.
일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 이후 실시예 도 12를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 12는 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 1210 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 실리콘 웨이퍼(1211) 상에 불산-은 수용액(1212)을 도포할 수 있다.
즉, 1210 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 무전해 증착을 통해 실리콘 웨이퍼(1211) 상에 얇은 은(Ag) 레이어를 증착할 수 있으며, 바람직하게는 1분 동안의 무전해 증착을 통해 은(Ag) 레이어를 증착할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 1210 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 P-타입의 실리콘 웨이퍼(1211)를 아세톤, 이소 프로필 알코올 및 DI 워터로 순차적으로 세정하고, 세정이 완료된 실리콘 웨이퍼(1211)를 피라냐 용액(piranha solution) (H2O2 : H2SO4의 1 : 3(v/v))에 5 분 이상, 5 % 불산(HF) 용액에 1분 동안 침지시킨 후, 8.3 mM의 질산-은(AgNO3) 및 4.6 M의 불산(HF) 용액에 1분 동안 침지시키는 무전해 증착을 통해 실리콘 웨이퍼(1211) 상에 다공성의 얇은 은(Ag) 레이어를 형성할 수 있다.
다음으로, 1220 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 불산-은 수용액이 도포된 실리콘 웨이퍼에서 은(Ag) 입자(즉 은 레이어)(1221)가 덮고 있는 영역을 식각할 수 있다.
일측에 따르면, 1220 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 식각 과정에서 복수의 실리콘 나노선이 수직 방향으로 형성될 수 있으며, 복수의 실리콘 나노선 각각에는 복수의 피트-홀이 형성될 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 1220 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 실리콘 웨이퍼에 증착된 다공성의 얇은 은(Ag) 입자 (1221)를 0.27 M의 과산화 수소(H2O2)와 4.6 M의 불산(HF)의 혼합 용액에 넣어 60분 동안 식각할 수 있다.
다음으로, 1230 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 식각된 실리콘 웨이퍼에 존재하는 은 입자(1221)를 제거하여 복수의 나노선을 형성할 수 있다.
즉, 일실시예에 따른 열전 발전소자는 실리콘 웨이퍼(1211)에서 식각이 정지된 영역을 기준으로, 하부는 기판이 형성되고 상부는 복수의 나노선이 형성될 수 있다. 바람직하게는 복수의 나노선 각각은 150 nm 내지 200 nm의 직경으로 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 1230 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 질산(HNO3) 용액을 이용하여 식각된 실리콘 웨이퍼에 존재하는 은 입자(1221)를 제거할 수 있다.
보다 구체적인 예를 들면, 1230 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 식각된 실리콘 웨이퍼를 질산(HNO3) 용액에 120분 동안 담근 후, DI 워터로 세정하여 은 입자(1221)를 제거할 수 있다.
다음으로, 1240 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 무전해 증착을 통해 복수의 나노선의 표면에 금속 나노입자(1241)를 흡착시킬 수 있다.
일측에 따르면, 1240 단계에서 일실시예에 따른 열전 발전소자의 제조방법은 불산-금 수용액을 이용하여 무전해 증착을 수행할 수 있으며, 금속 나노입자(1241)는 이온의 갈바닉 변위로 인해 복수의 나노선 각각의 표면 및 피트-홀에 흡착(증착)될 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하면, 금속 나노입자(nano-particle)를 나노선(nano-wire)에 흡착시켜 열전 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 나노선의 표면에 금속 나노입자를 흡착시켜 열 확산 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 물질이 바뀌는 것이 아니라 금속 나노입자를 흡착시켜 물성을 개선함으로써, 기존에 연구된 물성들을 동일하게 활용할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 열전 발전소자 110: 기판
120: 나노선 130: 금속 나노입자

Claims (10)

  1. 기판 상에 형성되며, 표면 및 상기 표면에 구비된 복수의 피트-홀(pit-hole) 에 금속 나노입자(nano-particle)가 흡착되는 복수의 나노선(nano-wire)을 포함하고,
    상기 금속 나노입자는,
    상기 복수의 나노선 각각에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행하고,
    상기 복수의 나노선은 p-타입(p-type)의 실리콘에 기반하고 150nm 내지 200nm의 직경을 갖으며 상기 기판의 상부에 형성되는 제1 나노선 다발 및 상기 기판의 하부에 형성되는 제2 나노선 다발을 포함하며, 상기 금속 나노입자는 금(Au) 나노 입자이고,
    상기 제1 나노선 다발 및 상기 제2 나노선 다발 중 적어도 하나는 인듐-갈륨 공융합금(In-Ga euthetic)에 기반하는 접합 물질을 통해 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는
    열전 발전소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는,
    상기 복수의 나노선 중 대응되는 나노선과의 인접면에 형성되는 쇼트키 베리어(schottky barrier)를 통해 상기 에너지 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는
    열전 발전소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 나노선은 촉매 금속 에칭(metal-assisted chemical etching, MACE)을 통해 상기 기판에 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는
    열전 발전소자.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나노선 다발은 일측에 상기 기판이 연결되고 타측에 상부 전극이 연결되며, 상기 제2 나노선 다발은 일측에 상기 기판이 연결되고, 타측에 하부 전극이 연결되는 것을 특징으로 하는
    열전 발전소자.
  7. 촉매 금속 에칭(metal-assisted chemical etching, MACE)를 통해 기판 상에 복수의 피트-홀(pit-hole)이 표면에 형성된 복수의 나노선(nano-wire)을 형성하는 단계 및
    상기 복수의 나노선에 금속 나노입자(nano-particle)를 흡착시키는 단계를 포함하고,
    상기 금속 나노입자는,
    상기 복수의 나노선 각각에 대하여 에너지 필터링(energy filtering)과 열 확산(heat dissipation)을 수행하며,
    상기 복수의 나노선은 p-타입(p-type)의 실리콘에 기반하고 150nm 내지 200nm의 직경을 갖으며 상기 기판의 상부에 형성되는 제1 나노선 다발 및 상기 기판의 하부에 형성되는 제2 나노선 다발을 포함하고,
    상기 금속 나노입자는 금(Au) 나노 입자이며,
    상기 제1 나노선 다발 및 상기 제2 나노선 다발 중 적어도 하나는 인듐-갈륨 공융합금(In-Ga euthetic)에 기반하는 접합 물질을 통해 상부 전극 및 하부 전극 중 적어도 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는
    열전 발전소자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는,
    상기 복수의 나노선 중 대응되는 나노선과의 인접면에 형성되는 쇼트키 베리어(schottky barrier)를 통해 상기 에너지 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는
    열전 발전소자의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 나노선을 형성하는 단계는,
    실리콘 웨이퍼 상에 불산-은 수용액을 도포하는 단계;
    상기 불산-은 수용액이 도포된 실리콘 웨이퍼에서 은 입자가 덮고 있는 영역을 식각하는 단계 및
    상기 식각된 실리콘 웨이퍼에 존재하는 상기 은 입자를 제거하여 상기 복수의 나노선을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 발전소자의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 금속 나노입자를 흡착시키는 단계는,
    무전해 증착(electroless deposition)을 통해 상기 복수의 나노선의 표면에 상기 금속 나노입자를 흡착시키는 것을 특징으로 하는
    열전 발전소자의 제조방법.
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