KR102481575B1 - 진공 챔버를 적용한 제백 계수 및 홀 효과 측정 장치 - Google Patents

진공 챔버를 적용한 제백 계수 및 홀 효과 측정 장치 Download PDF

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Abstract

진공 환경을 용이하게 조성할 수 있고, 사용성이 우수한 제백 계수 측정 장치를 개시한다.
실시예에 따른 장치는, 베이스; 상기 베이스의 길이 방향 일측 상부에 구비되는 벽; 상기 베이스의 길이 방향 타측 상부에 구비되되, 상기 벽의 일측면과 마주한 부분이 개구되고, 상기 벽을 향해 슬라이드 이동 가능하게 구성되는 함체; 상기 함체가 상기 벽의 일측면에 밀착되었을 때, 상기 함체의 내부를 진공 상태로 만드는 펌프; 상기 벽의 일측면에 설치되는 브라켓; 상기 브라켓의 길이 방향 일측 상부에 구비되는 제1 가열블럭; 상기 브라켓의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 상기 베이스의 길이 방향으로 작동하는 수동스테이지; 상기 수동스테이지의 길이 방향 일측 상부에 구비되고, 상기 제1 가열블럭과 동일 평면 상에 위치되는 제2 가열블럭; 및 상기 수동스테이지의 길이 방향 타측 상부에 구비되어, 상기 제1 가열블럭과 상기 제2 가열블럭에 의하여 고정되는 시편의 제백 계수를 측정하도록 구성된 제백계수측정부;를 포함한다.

Description

진공 챔버를 적용한 제백 계수 및 홀 효과 측정 장치{SEEBECK COEFFICIENT AND HALL EFFECT MEASURING DEVICE WITH VACUUM CHAMBER}
본 개시(The Present Disclosure)는 소재의 물성치를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 전기적 물성치(제백 계수, 홀 계수 등)를 측정하는 장치와 관련된다.
열전소재란 열과 전기의 상호작용으로 나타나는 각종 효과를 지닌 소재를 말하며, 자동차(온도조절 시트), 반도체(순환기, 냉각판), 가전제품(냉장고), 열전발전 등 다양한 산업분야에 활용된다.
열전소재의 성능(감도)을 나타내는 대표적인 지수로 제백 계수가 있다. 제백 계수는 제백 효과(Seebeck Effect : 두 개의 서로 다른 금속 접합부의 온도 차에 의하여 기전력이 발생하는 현상)에 기반한 것으로, 물질의 내부 온도차로 발생하는 전압을 결정하는 물질 고유의 계수이다.
계속해서, 열전소재에 관한 연구시, 연구자들은 보편적으로 열전소재의 제백 계수 뿐만 아니라, 다른 물성도 함께 분석한다. 특히 열전소재가 주로 반도체에 적용됨을 감안할 때, 캐리어(전자/정공)의 이동도 및 농도, 홀 계수, 저항률 등은 열전소재의 특성을 파악하기 위해 필수적인 확인해야 할 물성치라 할 수 있다. 한편 전술한 캐리어의 이동도 및 농도, 홀 계수, 저항률 등은 홀 효과 측정 장치로 파악할 수 있다.
KR 10-1769094 B1 (2017.08.17. 공고)
진공 환경을 용이하게 조성할 수 있고, 사용성이 우수한 제백 계수 측정 장치를 제공하는 것이다.
(본 개시의) 실시예에 따른 장치는, 베이스; 상기 베이스의 길이 방향 일측 상부에 구비되는 벽; 상기 베이스의 길이 방향 타측 상부에 구비되되, 상기 벽의 일측면과 마주한 부분이 개구되고, 상기 벽을 향해 슬라이드 이동 가능하게 구성되는 함체; 상기 함체가 상기 벽의 일측면에 밀착되었을 때, 상기 함체의 내부를 진공 상태로 만드는 펌프; 상기 벽의 일측면에 설치되는 브라켓; 상기 브라켓의 길이 방향 일측 상부에 구비되는 제1 가열블럭; 상기 브라켓의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 상기 베이스의 길이 방향으로 작동하는 수동스테이지; 상기 수동스테이지의 길이 방향 일측 상부에 구비되고, 상기 제1 가열블럭과 동일 평면 상에 위치되는 제2 가열블럭; 및 상기 수동스테이지의 길이 방향 타측 상부에 구비되어, 상기 제1 가열블럭과 상기 제2 가열블럭에 의하여 고정되는 시편의 제백 계수를 측정하도록 구성된 제백계수측정부;를 포함한다.
또한 상기 제백계수측정부는, 상기 수동스테이지의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 상기 베이스의 길이 방향으로 작동하는 제1 수동스테이지; 상기 제1 수동스테이지에 결합되고, 상기 베이스의 높이 방향으로 작동하는 제2 수동스테이지; 및 상기 제2 수동스테이지에 결합되되 상기 베이스와 수평을 이루고, 단부에 제백 계수를 측정하는 한 쌍의 단자가 구비된 암;을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 장치는, 상기 제1 가열블럭의 주위에 구비되어, 상기 제1 가열블럭의 상부에 안착되는 시편의 전기전도도를 측정하도록 구성된 전기전도도측정부; 및 상기 베이스의 상부에 구비되어, 상기 제1 가열블럭의 상부에 안착되는 시편에 자기장을 인가하도록 구성된 자기장인가부;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 자기장인가부는, 상기 베이스의 상부에 구비되고, 상기 베이스의 폭 방향으로 작동하는 제1 전동슬라이더; 상기 제1 전동슬라이더에 결합되고, 상기 베이스의 높이 방향으로 작동하는 제2 전동슬라이더; 및 상기 제2 전동슬라이더에 결합되되 상기 베이스와 수평을 이루고, 단부에 자석이 구비된 암;을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 장치를 이용하면, 진공 상태에서의 시편의 제백 계수를 용이하게 측정할 수 있다.
또한 실시예에 따른 장치는 그 구조상 조작 및 관리가 용이하다.
또한 일부 실시예에 따른 장치는 시편의 전기전도도 및 홀 효과를 측정하는데 활용될 수도 있다.
도 1은 실시예에 따른 장치의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 장치의 요부를 나타낸다.
도 3은 제1 가열블럭과 제2 가열블럭 사이에 고정된 시편의 물성치를 제백계수측정부로 측정하는 모습을 나타낸다.
도 4는 제1 가열블록 상부에 안착된 시편의 물성치를 전기전도도측정부로 측정하는 모습을 나타낸다.
도 5는 도 1의 자기장인가부를 독립적으로 나타낸다.
도 6는 제1 가열블록 상부에 안착된 시편에 자기장인가부로 자기장을 인가한 후, 물성치를 측정하는 모습을 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 장치를 구체적으로 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 장치(100)의 사시도이고, 도 2는 실시예에 따른 장치(100)의 요부를 나타낸다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 장치(100)는 베이스(110), 벽(120), 함체(130), 제어부(140), 브라켓(150), 제1 가열블럭(160), 수동스테이지(170), 제2 가열블럭(180) 및 제백계수측정부(210)를 포함한다.
또한 실시예에 따른 장치(100)는 전기전도도측정부(230) 및 자기장인가부(220)를 더 포함할 수 있다.
(방향 표현의 정의) 모든 구성의 방향 표현(길이 방향, 폭 방향, 높이 방향 등)은 [도 1]에 도시된 모습을 기준으로 한다.
베이스(110)는 평평한 형태로 구성된다.
벽(120)는 베이스(110)의 길이 방향 일측 상부에 구비되고, 베이스(110)와 수직을 이룬다.
함체(130)는 베이스(110)의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 벽(120)의 일측면과 마주한 부분이 개구된 형태를 갖는다. 함체(130)는 특정 형태로 한정되지 않으며, 하나의 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 원통 형태로 구성될 수 있다.
함체(130)는 벽(120)을 향해 슬라이드 이동 가능하게 구성된다. 예컨대, 베이스(110)의 상면에는 레일(111)이 구비되고, 함체(130)는 레일(111)을 따라 주행하도록 구성될 수 있다.
함체(130)가 벽(120)의 일측면에 밀착되면, 함체(130)의 내부 챔버는 완전히 밀폐된다.
펌프(미도시)는 베이스(110)의 주위에 위치되고, 함체(130)가 벽(120)의 일측면에 밀착되었을 때, 함체(130)의 내부 챔버를 진공 상태로 만드는 기능을 한다.
한편 벽(120)의 타측면에는 제백계수측정부(210), 홀효과측정부(220), 전기전도도측정부(230)의 작동을 제어하고, 각 종 데이터(예 : 시편의 온도 및 제백 계수 등)를 시각적으로 표시하는 제어박스(140)가 구비될 수 있고, 펌프는 제어박스(140)의 내부에 위치될 수 있다.
브라켓(150), 제1 가열블럭(160), 수동스테이지(170), 제2 가열블럭(180), 제백계수측정부(210) 및 전기전도도측정부(230)는 함체(130)가 벽(120)의 일측면에 밀착된 상태에서, 함체(130)의 내부 챔버에 위치되는 구성들이다.
브라켓(150)은 벽(120)의 일측면에 기계적 결합요소 등을 매개로 부착된다. 브라켓(150)은 보 형태일 수 있다.
제1 가열블럭(160)은 브라켓(150)의 길이 방향 일측 상부에 구비된다.
수동스테이지(170)는 브라켓(150)의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 베이스(110)의 길이 방향으로 작동한다. 수동스테이지(170)는 (i) 조작 노브를 구비한 메인 플레이트와, (ii) 메인 플레이트의 일측면에 구비되고 조작 노브를 작동시키면 메인 플레이트를 기준으로 슬라이딩 운동하는 보조 플레이트로 구성될 수 있다.
제2 가열블럭(170)은 수동스테이지(170)의 길이 방향 일측 상부에 구비된다. 제2 가열블럭(170)은 제1 가열블럭(160)과 동일 평면 상에 위치되어, 제1 가열블럭(160)과 마주한다.
도 3을 참조하면, 제1 가열블럭(160)과 제2 가열블럭(170) 사이에 시편(A)이 위치된 상태에서[제1 가열블럭(160)과 제2 가열블럭(170) 사이의 거리보다 시편(A)의 길이가 짧은 것으로 가정함], 수동스테이지(170)를 조작하여, 제2 가열블럭(170)을 제1 가열블럭(160) 방향으로 이동시키면, 제1 가열블럭(160)과 제2 가열블럭(170)에 의하여 시편(A)의 양단부가 가압되어 시편(A)이 제1 가열블럭(160)과 제2 가열블럭(170) 사이에 고정된다.
제1 가열블럭(160)과 제2 가열블럭(170)은 시편(A)의 양단부에 온도 차이를 발생시키는 기능을 한다.
제백계수측정부(210)는 수동스테이지(170)의 길이 방향 타측 상부에 구비되어, 제1 가열블럭(160)과 제2 가열블럭(170) 사이에 고정된 시편(A)의 제백 계수를 측정하도록 구성된다.
제백계수측정부(210)는 제1 수동스테이지(211), 제2 수동스테이지(212) 및 암(213)을 포함할 수 있다.
제1 수동스테이지(211)는 수동스테이지(170)의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 베이스(110)의 길이 방향으로 작동한다.
제2 수동스테이지(212)는 제1 수동스테이지(211)에 결합되고, 베이스(110)의 높이 방향으로 작동한다.
제1 수동스테이지(211)와 제2 수동스테이지(212) 각각은 전술한 수동스테이지(170)와 동일하게, (i) 조작 노브를 구비한 메인 플레이트와, (ii) 메인 플레이트의 일측면에 구비되고 조작 노브를 작동시키면 메인 플레이트를 기준으로 슬라이딩 운동하는 보조 플레이트로 구성될 수 있다.
암(213)은 제2 수동스테이지(212)에 결합되되, 베이스(110)와 수평을 이룬다. 암(213)은 시편(A)의 상방에 위치된다. 암(213)의 단부에는 제백 계수를 측정하는 한 쌍의 단자(213a, 213b)가 구비된다. 한 쌍의 단자(213a, 213b)는 상호 소정 거리 이격되고, 베이스(110)의 길이 방향으로 나란하게 배치된다.
한 쌍의 단자(213a, 213b) 각각은 완충스프링(213c, 213d)을 포함할 수 있다. 완충스프링(213c, 213d)은 제2 수동스테이지(212)의 작동에 의하여, 한 쌍의 단자(213a, 213b)이 시편(A)의 표면에 밀착될 때에 발생되는 충격을 흡수하는 기능을 한다.
도 2, 도 4를 참조하면, 전기전도도측정부(230)는 제1 가열블럭(160)의 가장자리를 'ㄷ'자 형태로 감싸는 받침대(231)와, 받침대(231)의 상부에 구비되는 4개의 단자(232a, 232b, 232c, 232c)로 구성될 수 있다.
전기전도도측정부(230)는 제1 가열블럭(160)의 상부에 안착되는 판상 형태의 시편(C)의 전기전도도를 측정하는 기능을 한다.
도 5 내지 도 6를 참조하면, 자기장인가부(220)는 베이스(110)의 상부에 구비되어, 제1 가열블럭(160)의 상부에에 안착되는 시편(C)에 자기장을 인가하도록 구성된다. 시편(C)에 자기장을 인가될 때, 함체(130)는 벽(120)으로부터 소정 거리 이격된 상태이며, 제백계수측정부(210)는 작동하지 않는 상태이다.
자기장인가부(220)는 제1 전동슬라이더(221), 제2 전동슬라이더(222) 및 암(223)을 포함할 수 있다.
제1 전동슬라이더(221)는 베이스(110)의 상부에 구비되고, 베이스(110)의 폭 방향으로 작동한다.
제2 전동슬라이더(222)의 이동 블럭에 제1 전동슬라이더(221)에 결합되고, 베이스(111)의 높이 방향으로 작동한다.
제2 암(223)은 제2 전동슬라이더(222)의 이동 블럭에 결합되고, 암(223)의 단부에는 시편(C)에 자기장을 인가하는 자석(223a)이 구비된다. 자석(223a)은 원형 자석일 수 있다. 이때 암(223)의 단부는 시편(C)의 상방에 위치되는 자석(223a)의 극성이 용이하게 변환되도록 모터에 의하여 축회전 가능하게 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전기전도도측정부(230)와 자기장인가부(220)를 이용하면, 시편(C)의 홀 효과를 측정할 수 있다.
앞서 설명된 실시예에 따른 장치(100)는 챔버가 개방된 상태에서[함체(130)가 벽(120)로부터 이격된 상태에서], 제1 가열블럭(160)과 제2 가열블럭(180) 사이에 다양한 형태의 시편(A)을 용이하게 설치할 수 있는 구조로 구성된다. 그에 따라, 실시예에 따른 장치(100)를 이용하면, 진공 상태에서의 시편(A)의 제백 계수를 용이하게 측정할 수 있다.
또한 실시예에 따른 장치(100)는 그 구조상 조작 및 관리가 용이하다.
본 개시의 실시예(들)를 설명할 때 사용된 각종 표현(용어, 시각화된 이미지 등)은 본 개시의 본질적 기술사상을 독자에게 이해하기 쉽게 전달하기 위한 도구적 목적으로 선택된 것에 불과하다.
또한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 개시의 실시예(들)를 바탕으로 전술한 실시예(들)와 본질적 기술사상은 동일하지만 외관상으로는 차이가 있는 변형 실시예들을 무수히 창안해 낼 수 있을 것이다.
따라서 본 개시의 권리범위는 '발명의 설명' 및 '도면'에 기재된 일부 표현들에 의해 제한되어선 안 되고, 본 개시의 본질적 기술사상에 의거하여 폭넓게 해석되어야 함이 마땅하다.
100 : 장치
110 : 베이스
120 : 벽
130 : 함체
140 : 제어박스
150 : 브라켓
160 : 제1 가열블럭
170 : 수동스테이지
180 : 제2 가열블럭
210 : 제백계수측정부
220 : 자기장인가부
230 : 전기전도도측정부

Claims (5)

  1. 베이스;
    상기 베이스의 길이 방향 일측 상부에 구비되는 벽;
    상기 베이스의 길이 방향 타측 상부에 구비되되, 상기 벽의 일측면과 마주한 부분이 개구되고, 상기 벽을 향해 슬라이드 이동 가능하게 구성되는 함체;
    상기 함체가 상기 벽의 일측면에 밀착되었을 때, 상기 함체의 내부를 진공 상태로 만드는 펌프;
    상기 벽의 일측면에 설치되는 브라켓;
    상기 브라켓의 길이 방향 일측 상부에 구비되는 제1 가열블럭;
    상기 브라켓의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 상기 베이스의 길이 방향으로 작동하는 수동스테이지;
    상기 수동스테이지의 길이 방향 일측 상부에 구비되고, 상기 제1 가열블럭과 동일 평면 상에 위치되는 제2 가열블럭;
    상기 수동스테이지의 길이 방향 타측 상부에 구비되어, 상기 제1 가열블럭과 상기 제2 가열블럭에 의하여 고정되는 시편의 제백 계수를 측정하도록 구성된 제백계수측정부; 및
    상기 제1 가열블럭의 주위에 구비되어, 상기 제1 가열블럭의 상부에 안착되는 시편의 전기전도도를 측정하도록 구성된 전기전도도측정부;를 포함하고,
    상기 제백계수측정부는,
    상기 수동스테이지의 길이 방향 타측 상부에 구비되고, 상기 베이스의 길이 방향으로 작동하는 제1 수동스테이지;
    상기 제1 수동스테이지에 결합되고, 상기 베이스의 높이 방향으로 작동하는 제2 수동스테이지; 및
    상기 제2 수동스테이지에 결합되되 상기 베이스와 수평을 이루고, 단부에 제백 계수를 측정하는 한 쌍의 단자가 구비된 암;을 포함하고,
    상기 한 쌍의 단자 각각은,
    상기 제1 가열블럭과 상기 제2 가열블럭에 의하여 고정되는 시편의 표면에 밀착될 때 발생되는 충격을 흡수하는 완충스프링을 포함하는, 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스의 상부에 구비되어, 상기 제1 가열블럭의 상부에 안착되는 시편에 자기장을 인가하도록 구성된 자기장인가부;를 더 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자기장인가부는,
    상기 베이스의 상부에 구비되고, 상기 베이스의 폭 방향으로 작동하는 제1 전동슬라이더;
    상기 제1 전동슬라이더에 결합되고, 상기 베이스의 높이 방향으로 작동하는 제2 전동슬라이더; 및
    상기 제2 전동슬라이더에 결합되되 상기 베이스와 수평을 이루고, 단부에 자석이 구비된 암;을 포함하는, 장치.
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