KR102508548B1 - Thermoelectric composite, manufacturing method thereof, and thermoelectric and semiconductor device including thermoelectric composite - Google Patents

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Abstract

열전 복합체의 제조방법이 제공된다. 상기 열전 복합체의 제조방법은, 제1 이성분계 금속산화물을 포함하는 베이스 기재를 준비하는 단계, 및 상기 베이스 기재 상에, 금속 전구체 및 산소(O)를 포함하는 반응물질을 제공하여, 상기 금속 전구체와 상기 반응물질이 반응된 제2 이성분계 금속산화물을 포함하는 물질막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 물질막을 형성하는 단계에서, 상기 베이스 기재 상에 상기 물질막이 형성됨에 따라 상기 베이스 기재와 상기 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되는 것을 포함할 수 있다. A method for manufacturing a thermoelectric composite is provided. The method of manufacturing the thermoelectric composite includes preparing a base substrate including a first two-component metal oxide, and providing a reactant including a metal precursor and oxygen (O) on the base substrate to form the metal precursor. and forming a material film including a second two-component metal oxide in which the reactant is reacted, wherein in the forming of the material film, as the material film is formed on the base substrate, the base substrate and the material It may include generating a two-dimensional electron gas between the films.

Description

열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자. {Thermoelectric composite, manufacturing method thereof, and thermoelectric and semiconductor device including thermoelectric composite}A thermoelectric composite, a method for manufacturing the same, and a thermoelectric device and a semiconductor device including the thermoelectric composite. {Thermoelectric composite, manufacturing method thereof, and thermoelectric and semiconductor device including thermoelectric composite}

본 발명은 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이종 접합 산화물 사이에 고농도 이차원 전자 가스(2 Dimensional Electron Gas)가 생성된 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자에 관련된 것이다. The present invention relates to a thermoelectric composite, a method for manufacturing the same, and a thermoelectric device and a semiconductor device including the thermoelectric composite, and more specifically, a thermoelectric composite in which a high concentration 2-dimensional electron gas is generated between heterojunction oxides, and It relates to a manufacturing method thereof, and a thermoelectric element and a semiconductor element including a thermoelectric composite.

열전현상은 열과 전기 사이의 가역적, 직접적인 에너지 변환을 의미하며, 재료 내부의 전자(electron)와 홀(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상이다. 외부로부터 인가된 전류에 의해 형성된 heat flow를 이용하여 양단에 발생하는 온도차를 응용하는 펠티어 효과(Peltier effect)와 재료 양단의 온도차로부터 발생하는 기전력을 이용하여 전기를 발전시키는 제벡효과(Seebeck effect)로 구분된다.The thermoelectric phenomenon means a reversible and direct energy conversion between heat and electricity, and is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material. The Peltier effect, which applies the temperature difference generated at both ends using the heat flow formed by the current applied from the outside, and the Seebeck effect, which generates electricity using the electromotive force generated from the temperature difference between the ends of the material Separated.

기존의 열전소자는 열전효과를 높이기 위해 제백 계수(Seebeck coefficient)의 증가를 목표로 하고 있으며 주로 널리 사용되는 Bi2Te3의 경우에는 ZT가 상온에서 1에 근접한다. 혹은 이러한 물질에 열전도도(lattice thermal conductivity)를 감소시키거나 전기전도도(electron conductivity)를 증가시키기 위한 물질을 넣어 소자를 제작하지만 물질 자체의 물성이 정해져 있기 때문에 개선의 한계가 있다. 이에 따라, 열전효과를 향상시키기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. Existing thermoelectric elements aim to increase the Seebeck coefficient in order to enhance the thermoelectric effect, and in the case of Bi 2 Te 3 , which is widely used, ZT approaches 1 at room temperature. Alternatively, a device is manufactured by adding a material to reduce the lattice thermal conductivity or increase the electron conductivity to these materials, but there is a limit to improvement because the physical properties of the material itself are fixed. Accordingly, various studies are being conducted to improve the thermoelectric effect.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 2차원 전자 가스가 적용된 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자를 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric composite to which a two-dimensional electron gas is applied, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric element and a semiconductor device including the thermoelectric composite.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 서로 다른 이성분계 물질막 사이 계면의 면 저항이 감소된 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric composite having reduced sheet resistance at an interface between different two-component material films, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric device and a semiconductor device including the thermoelectric composite.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 서로 다른 이성분계 물질막 사이 계면의 캐리어 밀도가 증가된 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric composite having an increased carrier density at an interface between different two-component material films, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric device and a semiconductor device including the thermoelectric composite.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 열전도도가 감소된 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric composite with reduced thermal conductivity, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric element and a semiconductor device including the thermoelectric composite.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전기전도도가 향상된 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric composite having improved electrical conductivity, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric element and a semiconductor device including the thermoelectric composite.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 캐리어 밀도와 제백 계수가 비례하는 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자를 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric composite in which a carrier density is proportional to a Seebeck coefficient, a manufacturing method thereof, and a thermoelectric device and a semiconductor device including the thermoelectric composite.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 이성분계 물질막의 제조 공정 온도를 제어함에 따라 제백 계수를 제어할 수 있는 열전 복합체 및 그 제조방법, 그리고 열전 복합체를 포함하는 열전 소자 및 반도체 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermoelectric composite and a manufacturing method capable of controlling the Seebeck coefficient by controlling the manufacturing process temperature of a two-component material film, and a thermoelectric device and a semiconductor device including the thermoelectric composite. is to do

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 열전 복합체의 제조방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a method for manufacturing a thermoelectric composite.

일 실시 예에 따르면, 상기 열전 복합체의 제조방법은 제1 이성분계 금속산화물을 포함하는 베이스 기재를 준비하는 단계, 및 상기 베이스 기재 상에, 금속 전구체 및 산소(O)를 포함하는 반응물질을 제공하여, 상기 금속 전구체와 상기 반응물질이 반응된 제2 이성분계 금속산화물을 포함하는 물질막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 물질막을 형성하는 단계에서, 상기 베이스 기재 상에 상기 물질막이 형성됨에 따라 상기 베이스 기재와 상기 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of manufacturing the thermoelectric composite includes preparing a base substrate including a first two-component metal oxide, and providing a reactant including a metal precursor and oxygen (O) on the base substrate. and forming a material film including a second two-component metal oxide in which the metal precursor and the reactant are reacted, wherein in the forming of the material film, as the material film is formed on the base substrate, A two-dimensional electron gas may be generated between the base substrate and the material layer.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막을 형성하는 단계는, 상기 베이스 기재 상에, 제1 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계, 및 상기 베이스 기재 상에, 상기 제2 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 제1 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계는, 상기 제2 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계 보다 먼저 수행되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the forming of the material film may include providing the first metal precursor and the reactant on the base substrate, and providing the second metal precursor and the reactant on the base substrate. It may include providing, but the providing of the first metal precursor and the reactant may include being performed prior to the providing of the second metal precursor and the reactant.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전구체는 TMA(Trimethylaluminum)를 포함하고, 상기 제2 전구체는 DMAIP(Dimethylaluminumisopropoxide)를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the first precursor may include trimethylaluminum (TMA), and the second precursor may include dimethylaluminum isopropoxide (DMAIP).

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계는 제1 유닛 공정(first unit process)으로 정의되고, 상기 제2 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계는 2 유닛 공정(second unit process)으로 정의되되, 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정은 각각, 복수회 반복 수행되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the step of providing the first metal precursor and the reactant is defined as a first unit process, and the step of providing the second metal precursor and the reactant is a two-unit process. It is defined as (second unit process), and the first unit process and the second unit process may each include being repeatedly performed a plurality of times.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막을 형성하는 단계의 공정 온도가 제어됨에 따라, 상기 베이스 기재와 상기 물질막의 계면(interface)의 면 저항(Sheet resistance)가 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, sheet resistance of an interface between the base substrate and the material layer may be controlled as the process temperature of the forming of the material layer is controlled.

일 실시 예에 따르면, 상기 물질막을 형성하는 단계의 공정 온도가 제어됨에 따라, 상기 베이스 기재와 상기 물질막의 계면(interface)의 캐리어 밀도(carrier density)가 제어되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, a carrier density of an interface between the base substrate and the material layer may be controlled as the process temperature of the forming of the material layer is controlled.

일 실시 예에 따르면, 상기 반응물질은, 물(H2O)을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the reactant may include water (H 2 O).

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 열전 복합체를 제공한다. In order to solve the above-described technical problems, the present invention provides a thermoelectric composite.

일 실시 예에 따르면, 상기 열전 복합체는 제1 이성분계 금속산화물을 포함하는 베이스 기재, 상기 베이스 기재를 덮고, 제2 이성분계 금속산화물을 포함하는 물질막, 및 상기 베이스 기재와 상기 물질막 사이에 생성된 2차원 전자 가스를 포함하되, 상기 제1 이성분계 금속산화물과 상기 제2 이성분계 금속산화물은 서로 다른 종류의 금속을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the thermoelectric composite includes a base substrate including a first binary metal oxide, a material layer covering the base substrate and including a second binary metal oxide, and between the base substrate and the material layer. Including the generated two-dimensional electron gas, the first two-component metal oxide and the second two-component metal oxide may include different types of metal.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 이성분계 금속산화물은, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 인듐 산화물(InO), 갈륨 산화물 (GaO), 실리콘 산화물(SiO), 주석 산화물(SnO), 바나듐 산화물(VO), 니켈 산화물(NiO), 탄탈륨 산화물(TaO), 네오디뮴 산화물(NbO), 또는 지르코늄 산화물(ZrO) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 이성분계 금속산화물은, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 인듐 산화물(InO), 갈륨 산화물(GaO), 실리콘 산화물(SiO), 주석 산화물(SnO), 바나듐 산화물(VO), 니켈 산화물(NiO), 탄탈륨 산화물(TaO), 네오디뮴 산화물(NbO), 또는 지르코늄 산화물(ZrO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first two-component metal oxide is titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO), indium oxide (InO), gallium Any of oxide (GaO), silicon oxide (SiO), tin oxide (SnO), vanadium oxide (VO), nickel oxide (NiO), tantalum oxide (TaO), neodymium oxide (NbO), or zirconium oxide (ZrO) The second binary metal oxide includes titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO), indium oxide (InO), gallium oxide ( GaO), silicon oxide (SiO), tin oxide (SnO), vanadium oxide (VO), nickel oxide (NiO), tantalum oxide (TaO), neodymium oxide (NbO), or zirconium oxide (ZrO) can do.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 열전 소자를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a thermoelectric element.

일 실시 예에 따르면, 상기 열전 소자는 제1 하부 전극, 상기 제1 하부 전극과 이격되어 배치된 제2 하부 전극, 상기 제1 하부 전극상에 배치되고, 상기 실시 예에 따른 열전 복합체를 포함하는 제1 열전 레그, 상기 제2 하부 전극 상에 배치되고, p-type 반도체를 포함하는 제2 열전 레그, 및 상기 제1 열전 레그의 일단, 및 상기 제2 열전 레그의 일단을 연결하는 상부 전극을 포함하되, 캐리어 밀도(carrier density)와 제백 계수(Seebeck coefficient)가 비례하는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the thermoelectric element includes a first lower electrode, a second lower electrode disposed spaced apart from the first lower electrode, and a thermoelectric composite disposed on the first lower electrode and according to the embodiment. a first thermoelectric leg, a second thermoelectric leg disposed on the second lower electrode and including a p-type semiconductor, and an upper electrode connecting one end of the first thermoelectric leg and one end of the second thermoelectric leg; Including, but it may include that the carrier density (carrier density) and the Seebeck coefficient (Seebeck coefficient) are proportional.

일 실시 예에 따르면, 상기 열전 복합체의 상기 베이스 기재는, 나노 와이어(nano wire) 또는 나노 로드(nano rod) 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. According to an embodiment, the base substrate of the thermoelectric composite may have a structure of any one of a nano wire and a nano rod.

일 실시 예에 따르면, 상기 열전 복합체의 상기 베이스 기재는, 다공성(porous) 구조를 가질 수 있다. According to one embodiment, the base substrate of the thermoelectric composite may have a porous structure.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 반도체 소자를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a semiconductor device.

일 실시 예에 따르면, 상기 반도체 소자는 상기 실시 예에 따른 상기 열전 복합체, 및 상기 열전 복합체의 상기 물질막 상에 배치된 기능성막을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the semiconductor device may include the thermoelectric composite according to the embodiment and a functional layer disposed on the material layer of the thermoelectric composite.

일 실시 예에 따르면, 상기 기능성막은, 실리콘 산화물(SiO2) 또는 하프늄 산화물(HfO2) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the functional layer may include any one of silicon oxide (SiO 2 ) and hafnium oxide (HfO 2 ).

본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 제조방법은 제1 이성분계 금속산화물(예를 들어, ZnO 또는 TiO2)을 포함하는 베이스 기재를 준비하는 단계, 및 상기 베이스 기재 상에, 금속 전구체 및 산소(O)를 포함하는 반응물질을 제공하여, 상기 금속 전구체와 상기 반응물질이 반응된 제2 이성분계 금속산화물(예를 들어, Al2O3)을 포함하는 물질막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 물질막을 형성하는 단계에서, 상기 베이스 기재 상에 상기 물질막이 형성됨에 따라 상기 베이스 기재와 상기 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되는 것을 포함할 수 있다. A method for manufacturing a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention includes preparing a base substrate including a first two-component metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ), and a metal precursor and oxygen on the base substrate. Providing a reactant containing (O) to form a material film including a second two-component metal oxide (eg, Al 2 O 3 ) in which the metal precursor and the reactant are reacted, The forming of the material layer may include generating a two-dimensional electron gas between the base substrate and the material layer as the material layer is formed on the base substrate.

또한, 상기 물질막은 원자층 증착(ALD) 공정으로 형성되되, 금속 전구체로서 TMA와 DMAIP가 함께 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재와 상기 물질막 사이 계면의 면 저항이 감소될 수 있다. In addition, the material film is formed by an atomic layer deposition (ALD) process, and TMA and DMAIP may be used together as metal precursors. Accordingly, sheet resistance of an interface between the base substrate and the material layer may be reduced.

또한, TMA를 통해 상기 물질막이 형성되는 경우, 상기 물질막 상에 상기 기능성막이 추가적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재 및 상기 물질막 사이에 상기 2차원 전자 가스가 생성되고, 상기 물질막 상에 상기 기능성막(140)이 배치된 기능성 구조체가 제조될 수 있다. 상기 기능성 구조체는, 반도체 소자에 적용되어 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.Also, when the material layer is formed through TMA, the functional layer may be additionally formed on the material layer. Accordingly, a functional structure in which the two-dimensional electron gas is generated between the base substrate and the material layer and the functional layer 140 is disposed on the material layer can be manufactured. The functional structure may be applied to a semiconductor device to improve characteristics of the semiconductor device.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체는, 열전 소자의 n-type 반도체로 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 열전 복합체가 원자층 증착(ALD) 공정으로 형성됨에 따라 극박막 형태의 제조가 용이할 수 있으므로, 상기 열전 소자의 열전도도 감소가 용이하게 이루어질 수 있다. In addition, the thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention may be used as an n-type semiconductor of a thermoelectric device. In this case, since the thermoelectric composite is formed through an atomic layer deposition (ALD) process, it can be easily manufactured in the form of an ultra-thin film, so that the thermal conductivity of the thermoelectric element can be easily reduced.

또한, 상기 열전 소자는 상기 2차원 전자 가스에 의해 전기 전도도가 향상될 수 있고, 원자층 증착(ALD) 공정에 의해 다층 적층 구조의 제조가 용이함으로 전기 전도도의 향상이 용이하게 이루어질 수 있다. In addition, electrical conductivity of the thermoelectric element can be improved by the two-dimensional electron gas, and electrical conductivity can be easily improved because a multi-layered structure can be easily manufactured through an atomic layer deposition (ALD) process.

뿐만 아니라, 캐리어 밀도(carrier density)와 제백 계수(seebeck coefficient)가 반비례하는 종래의 열전 소자와 달리, 캐리어 밀도와 제백 계수가 비례하는 고유의 특성까지 발현될 수 있다. In addition, unlike the conventional thermoelectric element in which the carrier density and the Seebeck coefficient are inversely proportional, a unique characteristic in which the carrier density and the Seebeck coefficient are proportional can be expressed.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 제조 방법 중 물질막 제조 공정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 물질막 상에 기능성막이 추가적으로 형성된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10의 T-T' 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열전 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 열전 특성을 측정하는 모식도이다.
도 16은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 형성 온도에 따른 계면의 면 저항을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 형성 온도에 따른 계면의 캐리어 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 계면의 캐리어 밀도에 따른 제백 계수를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 제조 공정에 사용되는 금속 전구체에 따른 면 저항을 비교하는 그래프이다.
도 20은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 제조 공정에 사용되는 반응물질에 따른 면 저항을 비교하는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실험 예 및 비교 예에 따른 열전 복합체의 면 저항을 비교하는 그래프이다.
도 22a 내지 도 22d는 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 XPS 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining in detail a process of manufacturing a material film in a manufacturing method of a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a state in which a functional film is additionally formed on a material film of a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the structure of the thermoelectric composite according to the first embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a second embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a third embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a process of manufacturing a structure of a thermoelectric composite according to a third embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a fourth embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a first modified example of the present invention.
FIG. 11 is a TT′ cross-sectional view of FIG. 10 .
12 is a diagram for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a second modified example of the present invention.
13 is a diagram for explaining a thermoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
14 is a diagram for explaining a thermoelectric element according to a second embodiment of the present invention.
15 is a schematic diagram for measuring thermoelectric properties of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.
16 is a graph showing sheet resistance of an interface according to an Al 2 O 3 material film formation temperature of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.
17 is a graph showing the carrier density of the interface according to the formation temperature of the Al 2 O 3 material film of the thermoelectric composite according to the experimental example of the present invention.
18 is a graph showing the Seebeck coefficient according to the carrier density at the interface of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.
19 is a graph comparing sheet resistance according to metal precursors used in a process of manufacturing an Al 2 O 3 material film of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.
20 is a graph comparing sheet resistance according to reactants used in a process for manufacturing an Al 2 O 3 material film of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.
21 is a graph comparing sheet resistances of thermoelectric composites according to Experimental Examples and Comparative Examples of the present invention.
22a to 22d are graphs showing XPS analysis results of thermoelectric composites according to experimental examples of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be directly formed on the other element or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, although terms such as first, second, and third are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, what is referred to as a first element in one embodiment may be referred to as a second element in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments. In addition, in this specification, 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to designate that the features, numbers, steps, components, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features, numbers, steps, or components. It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connection" is used to mean both indirectly and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 제조 방법 중 물질막 제조 공정을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 물질막 상에 기능성막이 추가적으로 형성된 상태를 나타내는 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view showing a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention. 4 is a view for specifically explaining a material film manufacturing process among manufacturing methods, and FIG. 4 is a view showing a state in which a functional film is additionally formed on a material film of a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 이성분계 금속산화물을 포함하는 베이스 기재(110)가 준비될 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 이성분계 금속산화물은, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 인듐 산화물(InO), 갈륨 산화물 (GaO), 실리콘 산화물(SiO), 주석 산화물(SnO), 바나듐 산화물(VO), 니켈 산화물(NiO), 탄탈륨 산화물(TaO), 네오디뮴 산화물(NbO), 또는 지르코늄 산화물(ZrO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , a base substrate 110 including a first two-component metal oxide may be prepared (S110). According to an embodiment, the first two-component metal oxide is titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO), indium oxide (InO), gallium Any of oxide (GaO), silicon oxide (SiO), tin oxide (SnO), vanadium oxide (VO), nickel oxide (NiO), tantalum oxide (TaO), neodymium oxide (NbO), or zirconium oxide (ZrO) can include

상기 베이스 기재(110) 상에 제2 이성분계 금속산화물을 포함하는 물질막(120)이 형성될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 이성분계 금속산화물은 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 인듐 산화물(InO), 갈륨 산화물 (GaO), 실리콘 산화물(SiO), 주석 산화물(SnO), 바나듐 산화물(VO), 니켈 산화물(NiO), 탄탈륨 산화물(TaO), 네오디뮴 산화물(NbO), 또는 지르코늄 산화물(ZrO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이하, 상기 제2 이성분계 금속산화물이 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 경우에 대해 설명된다.A material layer 120 including a second two-component metal oxide may be formed on the base substrate 110 (S120). According to one embodiment, the second binary metal oxide is titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO), indium oxide (InO), gallium oxide (GaO), silicon oxide (SiO), tin oxide (SnO), vanadium oxide (VO), nickel oxide (NiO), tantalum oxide (TaO), neodymium oxide (NbO), or zirconium oxide (ZrO). can include Hereinafter, a case in which the second two-component metal oxide includes aluminum oxide (Al 2 O 3 ) will be described.

상기 물질막(120)은 원자층 증착 공정(Atomic Layer Deposition)으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 물질막(120)을 형성하는 단계는, 상기 베이스 기재(110) 상에 금속 전구체를 제공하는 단계, 및 상기 금속 전구체가 제공된 상기 베이스 기재(110) 상에 반응물질을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 물질막(120)을 형성하는 단계는, 상기 금속 전구체를 제공하는 단계 및 상기 반응물질을 제공하는 단계 사이와, 상기 반응물질을 제공하는 단계 이후 퍼지(purge) 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 물질막(120)은 금속 전구체 제공 단계-퍼지 단계-반응물질 제공 단계-퍼지 단계를 통해 형성될 수 있다. The material layer 120 may be formed through an atomic layer deposition process. Specifically, the forming of the material film 120 includes providing a metal precursor on the base substrate 110, and providing a reactant on the base substrate 110 provided with the metal precursor. can include In addition, the step of forming the material layer 120 may further include a purge step between the step of providing the metal precursor and the step of providing the reactant, and after the step of providing the reactant. there is. That is, the material layer 120 may be formed through a step of providing a metal precursor, a step of purging, a step of providing a reactant, and a step of purging.

상기 제1 이성분계 금속산화물을 포함하는 상기 베이스 기재(110) 상에 상기 제2 이성분계 금속산화물을 포함하는 상기 물질막(120)이 형성되는 경우, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 2차원 전자 가스(2DEG, 130)가 생성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 2차원 전자 가스(130)의 생성은 상기 금속 전구체의 종류 및 상기 반응물질의 종류에 따라 제어될 수 있다. 즉, 상기 물질막(120)을 형성하는 과정에서 사용되는 상기 금속 전구체의 종류 및 상기 반응물질의 종류에 따라, 상기 2차원 전자 가스(130)의 생성 여부가 제어될 수 있다. When the material film 120 including the second binary metal oxide is formed on the base substrate 110 including the first binary metal oxide, the base substrate 110 and the material film ( 120), a two-dimensional electron gas (2DEG, 130) may be generated. According to an embodiment, generation of the 2D electron gas 130 may be controlled according to the type of the metal precursor and the type of the reactant. That is, whether to generate the 2D electron gas 130 may be controlled according to the type of the metal precursor and the type of the reactant used in the process of forming the material layer 120 .

구체적으로, 상기 금속 전구체로서 TMA(Trimethylaluminum)가 사용되고, 상기 반응물질로서 물(H2O)이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 상기 2차원 전자 가스(130)가 생성될 수 있다. 이와 달리, 상기 금속 전구체로서 DMAIP(Dimethylaluminumisopropoxide)가 사용되는 경우, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 상기 2차원 전자 가스(130)가 생성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 반응물질로서 오존(O3) 또는 산소 플라즈마(O2 plasma)가 사용되는 경우, 과도한 산화력으로 인하여 상기 2차원 전자 가스(130)가 생성되지 않을 수 있다. Specifically, TMA (Trimethylaluminum) is used as the metal precursor, and water (H 2 O) may be used as the reactant. In this case, the 2D electron gas 130 may be generated between the base substrate 110 and the material layer 120 . In contrast, when DMAIP (dimethylaluminumisopropoxide) is used as the metal precursor, the 2D electron gas 130 may not be generated between the base substrate 110 and the material layer 120 . In addition, when ozone (O 3 ) or oxygen plasma (O 2 plasma) is used as the reactant, the two-dimensional electron gas 130 may not be generated due to excessive oxidizing power.

또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 물질막(120)을 형성하는 단계는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기재(110) 상에 제1 금속 전구체, 및 반응물질을 제공하는 단계, 및 상기 베이스 기재(110) 상에 제2 금속 전구체, 및 반응물질을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 제1 금속 전구체 및 반응물질을 제공하는 단계는 상기 제2 금속 전구체 및 반응물질을 제공하는 단계보다 먼저 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 금속 전구체는 TMA(Trimethylaluminum)를 포함하고, 상기 제2 금속 전구체는 DMAIP(Dimethylaluminumisopropoxide)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 물질막(120)은 서로 다른 금속 전구체(예를 들어, TMA와 DMAIP)를 통해 형성되되, TMA의 제공이 DMAIP의 제공 보다 먼저 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 DMAIP의 제공이 상기 TMA의 제공보다 먼저 이루어지는 경우, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 상기 2차원 전자 가스(130)가 생성되지 않는 문제점이 발생될 수 있다. In addition, according to an embodiment, the forming of the material film 120 may include providing a first metal precursor and a reactant on the base substrate 110 as shown in FIG. 3 , and the A step of providing a second metal precursor and a reactant on the base substrate 110, wherein the step of providing the first metal precursor and reactant is prior to the step of providing the second metal precursor and reactant. can be performed For example, the first metal precursor may include trimethylaluminum (TMA), and the second metal precursor may include dimethylaluminum isopropoxide (DMAIP). That is, the material layer 120 may be formed using different metal precursors (eg, TMA and DMAIP), but TMA may be provided prior to DMAIP. In contrast, when the provision of the DMAIP is performed prior to the provision of the TMA, a problem in that the two-dimensional electron gas 130 is not generated between the base substrate 110 and the material film 120 may occur. .

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 금속 전구체(예를 들어, TMA) 및 상기 반응물질(예를 들어, H2O)을 제공하는 단계는 제1 유닛 공정(1st unit process)으로 정의되고, 상기 제2 금속 전구체(예를 들어, DMAIP) 및 상기 반응물질(예를 들어, H2O)을 제공하는 단계는 제2 유닛 공정(2nd unit process)으로 정의될 수 있다. 상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정은 각각, 복수회 반복 수행될 수 있다. According to one embodiment, the step of providing the first metal precursor (eg, TMA) and the reactant (eg, H 2 O) is defined as a first unit process, The step of providing the second metal precursor (eg, DMAIP) and the reactant (eg, H 2 O) may be defined as a second unit process. Each of the first unit process and the second unit process may be repeatedly performed a plurality of times.

상기 제1 금속 전구체(예를 들어, TMA) 및 상기 제2 금속 전구체(예를 들어, DMAIP)가 순차적으로 제공되어 상기 물질막(120)이 형성되는 경우, 상기 제1 금속 전구체(예를 들어, TMA)만이 제공되어 상기 물질막(120)이 형성되는 경우 보다 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120)의 계면의 면 저항(Sheet resistance)이 감소될 수 있다. 이로 인해, 상기 제1 금속 전구체(예를 들어, TMA) 및 상기 제2 금속 전구체(예를 들어, DMAIP)가 순차적으로 제공되어 형성된 상기 물질막(120)에 의해 생성된 상기 2차원 전자 가스(130)를 포함하는 반도체 소자는, 상기 제1 금속 전구체(예를 들어, TMA)만이 제공되어 형성된 상기 물질막(120)에 의해 생성된 상기 2차원 전자 가스(130)를 포함하는 반도체 소자 보다 전기적 특성이 향상될 수 있다. When the material layer 120 is formed by sequentially providing the first metal precursor (eg, TMA) and the second metal precursor (eg, DMAIP), the first metal precursor (eg, DMAIP) , TMA) may be provided to reduce sheet resistance at the interface between the base substrate 110 and the material layer 120 compared to the case where the material layer 120 is formed. As a result, the two-dimensional electron gas (eg, TMA) and the second metal precursor (eg, DMAIP) generated by the material layer 120 formed by sequentially providing 130) is more electrically conductive than the semiconductor device including the two-dimensional electron gas 130 generated by the material film 120 formed by providing only the first metal precursor (eg, TMA). characteristics can be improved.

도 4를 참조하면, TMA를 통한 원자층 증착 공정(ALD)으로 상기 물질막(120)이 형성된 후, 상기 물질막(120) 상에 기능성막(140)이 더 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재(110) 및 상기 물질막(120) 사이에 상기 2차원 전자 가스(130)가 생성되고, 상기 물질막(120) 상에 상기 기능성막(140)이 배치된 기능성 구조체가 제조될 수 있다. Referring to FIG. 4 , after the material layer 120 is formed by an atomic layer deposition process (ALD) through TMA, a functional layer 140 may be further formed on the material layer 120 . Accordingly, the two-dimensional electron gas 130 is generated between the base substrate 110 and the material film 120, and the functional structure in which the functional film 140 is disposed on the material film 120 can be manufactured.

상기 기능성 구조체는 반도체 소자에 적용되어, 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기능성 구조체가 트랜지스터에 적용되는 경우, 2차원 전자 가스를 통한 전기적 특성의 향상뿐만 아니라, 상기 기능성막(140)을 통한 추가적인 특성 향상이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 기능성막(140)으로서 실리콘 산화물(SiO2)막이 사용되는 경우, 상기 기능성 구조체가 적용된 트랜지스터는 상기 2차원 전자 가스를 통한 전기적 특성의 향상뿐만 아니라, 상기 기능성막(예를 들어, SiO2)에 의한 전류 누설 방지 효과가 발생될 수 있다. 또한, 상기 기능성막(140)으로서 하프늄 산화물(HfO2)막이 사용되는 경우, 상기 기능성 구조체가 적용된 트랜지스터는 상기 2차원 전자 가스를 통한 전기적 특성의 향상뿐만 아니라, 상기 기능성막(예를 들어, HfO2)에 의한 고유전 특성까지 발현될 수 있다. The functional structure may be applied to a semiconductor device to improve characteristics of the semiconductor device. For example, when the functional structure is applied to a transistor, electrical characteristics may be improved through the 2D electron gas and additional characteristics may be improved through the functional layer 140 . For example, when a silicon oxide (SiO 2 ) film is used as the functional film 140, a transistor to which the functional structure is applied not only improves electrical characteristics through the two-dimensional electron gas, but also the functional film (eg, , SiO 2 ) can cause a current leakage prevention effect. In addition, when a hafnium oxide (HfO 2 ) film is used as the functional film 140, a transistor to which the functional structure is applied not only improves electrical characteristics through the two-dimensional electron gas, but also the functional film (eg, HfO 2 ) can express even high genetic characteristics.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 제조방법은, 상기 베이스 기재(110) 상에 원자층 증착(ALD) 공정으로 상기 물질막(120)을 형성하되, 상기 물질막(120)의 형성에 사용되는 금속 전구체로서 TMA가 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 상기 2차원 전자 가스(130)가 생성될 수 있다. As a result, in the method of manufacturing a thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention, the material film 120 is formed on the base substrate 110 by an atomic layer deposition (ALD) process, but the As a metal precursor used for formation, TMA may be used. Accordingly, the 2D electron gas 130 may be generated between the base substrate 110 and the material layer 120 .

또한, 상기 물질막(120)의 형성에 사용되는 금속 전구체로서 TMA 뿐만 아니라 DMAIP가 함께 사용됨으로써, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이의 계면의 면 저항을 감소시킬 수 있다. In addition, since TMA and DMAIP are used together as metal precursors used to form the material layer 120, the sheet resistance of the interface between the base substrate 110 and the material layer 120 can be reduced.

또한, TMA를 통해 상기 물질막(120)이 형성되는 경우, 상기 물질막(120) 상에 상기 기능성막(140)이 추가적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재(110) 및 상기 물질막(120) 사이에 상기 2차원 전자 가스(130)가 생성되고, 상기 물질막(120) 상에 상기 기능성막(140)이 배치된 기능성 구조체가 제조될 수 있다. 상기 기능성 구조체는, 반도체 소자에 적용되어 반도체 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.Also, when the material layer 120 is formed through TMA, the functional layer 140 may be additionally formed on the material layer 120 . Accordingly, the two-dimensional electron gas 130 is generated between the base substrate 110 and the material film 120, and the functional structure in which the functional film 140 is disposed on the material film 120 can be manufactured. The functional structure may be applied to a semiconductor device to improve characteristics of the semiconductor device.

도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a first embodiment of the present invention, FIG. 6 is a view for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a second embodiment of the present invention, and FIG. This is a view for explaining the structure of the thermoelectric composite according to the third embodiment of the present invention, FIG. 8 is a view for explaining a process of manufacturing the structure of the thermoelectric composite according to the third embodiment of the present invention, and FIG. It is a drawing for explaining the structure of the thermoelectric composite according to the fourth embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체는 다양한 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체는, 상기 제1 이성분계 금속산화물(예를 들어, ZnO 또는 TiO2)을 포함하는 상기 베이스 기재(110), 상기 제2 이성분계 금속산화물(예를 들어, Al2O3)을 포함하는 상기 물질막(120), 및 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 생성된 상기 2차원 전자 가스(130)를 포함하되, 다양한 구조를 가질 수 있다. Referring to FIGS. 5 to 9 , the thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention may have various structures. That is, the thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention includes the base substrate 110 including the first two-component metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ), and the second binary metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ). For example, the material layer 120 including Al 2 O 3 , and the two-dimensional electron gas 130 generated between the base substrate 110 and the material layer 120, including various structures. can have

보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 열전 복합체(100)는 나노 와이어(nano wire) 형상의 상기 베이스 기재(110), 상기 베이스 기재(110)의 표면을 감싸는 상기 물질막(120), 및 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 생성된 상기 2차원 전자 가스(130)를 포함할 수 있다. More specifically, referring to FIG. 5 , the thermoelectric composite 100 according to the first embodiment includes the base substrate 110 having a nano wire shape and the material film surrounding the surface of the base substrate 110 . 120 , and the two-dimensional electron gas 130 generated between the base substrate 110 and the material layer 120 .

도 6을 참조하면, 제2 실시 예에 따른 열전 복합체(100)는 나노 와이어(nano wire) 형상의 상기 베이스 기재(110), 상기 베이스 기재(110) 상에 교대로 형성된 제1 물질막(120) 및 제2 물질막(150)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(120)은 상기 제2 이성분계 금속산화물(예를 들어, Al2O3)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 물질막(150)은 상기 제1 이성분계 금속산화물(예를 들어, ZnO 또는 TiO2)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기재(110) 및 상기 제1 물질막(120) 사이에 상기 2차원 전자 가스(미도시)가 생성되고, 상기 제1 물질막(120) 및 상기 제2 물질막(150) 사이에 상기 2차원 전자 가스(미도시)가 생성될 수 있다. Referring to FIG. 6 , the thermoelectric composite 100 according to the second embodiment includes the nano wire-shaped base substrate 110 and the first material film 120 alternately formed on the base substrate 110 . ) and the second material layer 150 . According to an embodiment, the first material layer 120 may include the second binary metal oxide (eg, Al 2 O 3 ). Alternatively, the second material layer 150 may include the first two-component metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ). Accordingly, the two-dimensional electron gas (not shown) is generated between the base substrate 110 and the first material layer 120, and the first material layer 120 and the second material layer 150 In between, the two-dimensional electron gas (not shown) may be generated.

도 7을 참조하면, 제3 실시 예에 따른 열전 복합체(100)는 금속 기판과 열전 물질이 일체화된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제3 실시 예에 따른 열전 복합체(100)는 금속 기판(10), 상기 금속 기판(10) 상에 형성된 복수의 상기 베이스 기재(110), 복수의 상기 베이스 기재(110)의 표면 프로파일을 따라 형성되어 복수의 상기 베이스 기재(110)를 덮는 상기 물질막(120), 및 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 생성된 2차원 전자 가스(미도시)를 포함하되, 상기 베이스 기재(110)는 나노 로드(nano rod) 형상을 가질 수 있다. Referring to FIG. 7 , the thermoelectric composite 100 according to the third embodiment may have a structure in which a metal substrate and a thermoelectric material are integrated. Specifically, the thermoelectric composite 100 according to the third embodiment includes a metal substrate 10, a plurality of base substrates 110 formed on the metal substrate 10, and a plurality of surfaces of the base substrates 110. Includes the material film 120 formed along a profile and covering the plurality of base substrates 110, and a two-dimensional electron gas (not shown) generated between the base substrate 110 and the material film 120 However, the base substrate 110 may have a nano rod shape.

일 실시 예에 따르면, 나노 로드 형상을 갖는 복수의 상기 베이스 기재(110)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 금속 기판(10)을 준비한 후 이를 식각하여 두께를 감소시키고, 두께가 감소된 금속 기판(10) 상에 금속 산화물층(10a)을 성장시키며, 성장된 금속 산화물층(10a)의 화학적으로 식각 함으로써 형성될 수 있다. According to an embodiment, as shown in FIG. 8 , a metal substrate 10 is prepared and then etched to reduce the thickness of the plurality of base materials 110 having a nano-rod shape, and the thickness of the metal substrate 10 is reduced. It may be formed by growing a metal oxide layer 10a on the substrate 10 and chemically etching the grown metal oxide layer 10a.

도 9를 참조하면, 제4 실시 예에 따른 열전 복합체(100)는 다공성(porous) 구조의 상기 베이스 기재(110), 상기 베이스 기재(110) 상에 형성된 물질막(120), 및 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 생성된 2차원 전자 가스(미도시)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9 , a thermoelectric composite 100 according to a fourth embodiment includes a base substrate 110 having a porous structure, a material layer 120 formed on the base substrate 110, and the base substrate. A two-dimensional electron gas (not shown) generated between (110) and the material layer 120 may be included.

도 10은 본 발명의 제1 변형 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 10의 T-T' 단면도이고, 도 12는 본 발명의 제2 변형 예에 따른 열전 복합체의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining the structure of a thermoelectric composite according to a first modified example of the present invention, FIG. 11 is a T-T' cross-sectional view of FIG. 10, and FIG. 12 is a structure of a thermoelectric composite according to a second modified example of the present invention. It is a drawing for explaining.

도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 변형 예에 따른 열전 복합체(100)는 베이스 나노 와이어(S), 상기 베이스 나노 와이어(S) 상에 형성된 제1 물질막(110), 상기 제1 물질막(110) 상에 형성된 제2 물질막(120), 및 상기 제1 물질막(110)과 상기 제2 물질막(120) 사이에 생성된 2차원 전자 가스(130)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 나노 와이어(S)는 열전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 물질은 비스무트(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 열전 물질은, Bi2Te3을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 물질막(110)은 상기 제1 이성분계 금속산화물(예를 들어, ZnO 또는 TiO2)을 포함하고, 상기 제2 물질막(120)은 상기 제2 이성분계 금속산화물(예를 들어, Al2O3)을 포함할 수 있다. 10 and 11 , the thermoelectric composite 100 according to the first modified example includes a base nanowire S, a first material layer 110 formed on the base nanowire S, and the first material. It may include a second material layer 120 formed on the layer 110 and a two-dimensional electron gas 130 generated between the first material layer 110 and the second material layer 120 . According to one embodiment, the base nanowire (S) may include a thermoelectric material. For example, the thermoelectric material may include bismuth (Bi) and tellurium (Te). Specifically, the thermoelectric material may include Bi 2 Te 3 . In addition, the first material layer 110 includes the first two-component metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ), and the second material layer 120 includes the second two-component metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ). For example, Al 2 O 3 ) may be included.

도 12를 참조하면, 제2 변형 예에 따른 열전 복합체(100)는 열전 입자(particle, S), 상기 열전 입자(S)를 덮는 제1 물질막(110), 상기 제1 물질막(120)을 덮는 제2 물질막(120), 및 상기 제1 물질막(110)과 상기 제2 물질막(120) 사이에 생성된 2차원 전자 가스(130)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 열전 입자(S)는 열전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 물질은 비스무트(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 열전 물질은, Bi2Te3을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 물질막(110)은 상기 제1 이성분계 금속산화물(예를 들어, ZnO 또는 TiO2)을 포함하고, 상기 제2 물질막(120)은 상기 제2 이성분계 금속산화물(예를 들어, Al2O3)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 12 , the thermoelectric composite 100 according to the second modified example includes thermoelectric particles S, a first material layer 110 covering the thermoelectric particles S, and the first material layer 120. It may include a second material layer 120 covering the , and a two-dimensional electron gas 130 generated between the first material layer 110 and the second material layer 120 . According to an embodiment, the thermoelectric particle S may include a thermoelectric material. For example, the thermoelectric material may include bismuth (Bi) and tellurium (Te). Specifically, the thermoelectric material may include Bi 2 Te 3 . In addition, the first material layer 110 includes the first two-component metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ), and the second material layer 120 includes the second two-component metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ). For example, Al 2 O 3 ) may be included.

이상, 본 발명의 실시 예 및 변형 예에 따른 열전 복합체가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 소자가 설명된다. In the above, thermoelectric composites according to embodiments and modified examples of the present invention have been described. Hereinafter, a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention will be described.

도 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열전 소자를 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열전 소자를 설명하기 위한 도면이다. 13 is a diagram for explaining a thermoelectric element according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a diagram for explaining a thermoelectric element according to a second embodiment of the present invention.

도 13 및 도 14를 참조하면, 제1 및 제2 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 제1 하부 전극(11), 제2 하부 전극(12), 상부 전극(13), 제1 열전 레그(100), 및 제2 열전 레그(200)를 포함할 수 있다. 13 and 14 , the thermoelectric element TE according to the first and second embodiments includes a first lower electrode 11, a second lower electrode 12, an upper electrode 13, and a first thermoelectric element. A leg 100 and a second thermoelectric leg 200 may be included.

보다 구체적으로, 상기 제1 하부 전극(11) 및 상기 제2 하부 전극(12)은 서로 이격되어 배치되고, 상기 제1 하부 전극(11) 상에는 상기 제1 열전 레그(100)가 배치되며, 상기 제2 하부 전극(12) 상에는 상기 제2 열전 레그(200)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 열전 레그(100)의 일단 및 상기 제2 열전 레그(200)의 일단은 상기 상부 전극(13)을 통해 연결될 수 있다. More specifically, the first lower electrode 11 and the second lower electrode 12 are disposed spaced apart from each other, the first thermoelectric leg 100 is disposed on the first lower electrode 11, and the The second thermoelectric leg 200 may be disposed on the second lower electrode 12 . Also, one end of the first thermoelectric leg 100 and one end of the second thermoelectric leg 200 may be connected through the upper electrode 13 .

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 열전 레그(100)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 열전 복합체를 포함할 수 있다. 즉 상기 제1 열전 레그(100)는, 상기 제1 이성분계 금속산화물(예를 들어, ZnO 또는 TiO2)을 포함하는 상기 베이스 기재(110), 상기 제2 이성분계 금속산화물(예를 들어, Al2O3)을 포함하는 상기 물질막(120), 및 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이에 생성된 상기 2차원 전자 가스(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 제1 열전 레그(100)는 n-type 반도체로 적용될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 열전 레그(200)는 벌크(bulk) 반도체를 포함하고, p-type 반도체로 적용될 수 있다. According to an embodiment, the first thermoelectric leg 100 may include the thermoelectric composite according to the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2 . That is, the first thermoelectric leg 100 includes the base substrate 110 including the first binary metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ), and the second binary metal oxide (eg, ZnO or TiO 2 ). The material layer 120 including Al 2 O 3 , and the two-dimensional electron gas (not shown) generated between the base substrate 110 and the material layer 120 may be included. The first thermoelectric leg 100 may be applied as an n-type semiconductor. Unlike this, the second thermoelectric leg 200 may include a bulk semiconductor and may be applied as a p-type semiconductor.

상기 제1 실시 예에 따른 열전 소자(TE) 및 상기 제2 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 상기 제1 열전 레그(100)를 구성하는 열전 복합체의 구조가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120)이 교대로 그리고 반복적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 다공성 구조를 가질 수 있다. The thermoelectric element TE according to the first embodiment and the thermoelectric element TE according to the second embodiment may have different structures of thermoelectric composites constituting the first thermoelectric leg 100 . For example, as shown in FIG. 13 , the thermoelectric element TE according to the first embodiment has a structure in which the base substrate 110 and the material layer 120 are alternately and repeatedly stacked. can Unlike this, the thermoelectric element TE according to the second embodiment may have a porous structure, as shown in FIG. 14 .

일 실시 예에 따르면, 상기 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 상기 열전 복합체의 상기 물질막(120)을 형성하는 공정 온도를 제어함에 따라, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120)의 계면의 면 저항(Sheet resistance) 및 캐리어 밀도(carrier density)가 제어될 수 있다. 또한, 상기 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120)의 계면의 캐리어 밀도를 제어함에 따라, 제백 계수를 제어할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 열전 소자는, 상기 물질막(120)을 형성하는 공정 온도를 제어함에 따라, 상기 열전 소자의 제백 계수를 제어할 수 있다. According to an embodiment, the thermoelectric element TE according to the embodiment controls the temperature of the process of forming the material film 120 of the thermoelectric composite, thereby forming the base substrate 110 and the material film 120. ) The sheet resistance and carrier density of the interface can be controlled. In addition, the thermoelectric element TE according to the exemplary embodiment may control the Seebeck coefficient by controlling the carrier density at the interface between the base substrate 110 and the material layer 120 . That is, the thermoelectric element according to the exemplary embodiment may control the Seebeck coefficient of the thermoelectric element by controlling the process temperature for forming the material layer 120 .

구체적으로, 상기 물질막(120)을 형성하는 공정 온도가 증가함에 따라 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120)의 계면의 면 저항이 감소될 수 있다. 다만, 상기 물질막(120)을 형성하는 공정 온도가 100℃를 초과하는 경우, 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120)의 계면의 면 저항은 실질적으로 포화될 수 있다. 또한, 상기 물질막(120)을 형성하는 공정 온도가 증가함에 따라 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120)의 계면의 캐리어 밀도가 증가될 수 있다. 상기 베이스 기재(110)와 상기 물질막(120) 사이의 계면의 캐리어 밀도가 증가되는 경우, 상기 열전 소자의 제백 계수가 증가할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 열전 소자는, 상기 물질막(120)을 형성하는 공정의 온도가 증가함에 따라, 상기 열전 소자(TE)의 제백 계수가 증가할 수 있다. Specifically, as the temperature of the process of forming the material layer 120 increases, the sheet resistance of the interface between the base substrate 110 and the material layer 120 may decrease. However, when the process temperature for forming the material layer 120 exceeds 100° C., the sheet resistance of the interface between the base substrate 110 and the material layer 120 may be substantially saturated. In addition, as the temperature of the process of forming the material layer 120 increases, the carrier density of the interface between the base substrate 110 and the material layer 120 may increase. When the carrier density of the interface between the base substrate 110 and the material layer 120 increases, the Seebeck coefficient of the thermoelectric element may increase. That is, in the thermoelectric element according to the embodiment, as the temperature of the process of forming the material layer 120 increases, the Seebeck coefficient of the thermoelectric element TE may increase.

N-type 반도체로서 Bi2Te3가 사용되는 종래의 열전 소자의 경우, 열전도도를 감소시키거나 전기전도도를 증가시키기 위하여 별도의 물질들이 도핑 되었다. 하지만, 이러한 도핑 기술은, 물질 자체의 물성이 정해져 있으므로 열전도도의 감소와 전기전도도의 증가를 위한 한계점이 있었다. 이에 따라, 종래의 열전 소자는 열전 특성이 낮아 대형화가 어렵고, 소모 전력이 높으며 전력 생산 효율이 낮은 문제점이 있었다. In the case of a conventional thermoelectric element in which Bi 2 Te 3 is used as an N-type semiconductor, separate materials are doped to reduce thermal conductivity or increase electrical conductivity. However, this doping technique has limitations for reducing thermal conductivity and increasing electrical conductivity because the physical properties of the material itself are determined. Accordingly, conventional thermoelectric elements have problems in that they have low thermoelectric characteristics, are difficult to enlarge, consume high power, and have low power production efficiency.

하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 상기 열전 복합체를 포함하는 상기 제1 열전 레그(100)에 의해 낮은 열전도도 특성뿐만 아니라 높은 전기전도도 특성까지 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 상기 제1 열전 레그(100)로서 사용되는 상기 열전 복합체가 원자층 증착(ALD) 공정으로 형성됨에 따라 극박막 형태의 제조가 용이할 수 있다. 이로 인해, 상기 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는 열전도도의 감소가 용이하게 이루어질 수 있다. However, the thermoelectric element TE according to the embodiment of the present invention may have not only low thermal conductivity characteristics but also high electrical conductivity characteristics due to the first thermoelectric leg 100 including the thermoelectric composite. Specifically, since the thermoelectric composite used as the first thermoelectric leg 100 is formed through an atomic layer deposition (ALD) process, the thermoelectric element TE according to the embodiment may be easily manufactured in the form of an ultra-thin film. there is. Due to this, the thermal conductivity of the thermoelectric element TE according to the exemplary embodiment may be easily reduced.

또한, 상기 실시 예에 따른 열전 소자(TE)는, 상기 열전 복합체가 포함하는 상기 2차원 전자 가스로 인해 전기 전도도가 향상될 수 있다. 또한, 상기 열전 복합체의 다층 적층 구조(상기 베이스 기재와 상기 물질막의 교대 적층 구조) 제조가 용이함으로, 전기 전도도 특성의 향상이 용이하게 이루어질 수 있다. Also, in the thermoelectric element TE according to the exemplary embodiment, electrical conductivity may be improved due to the two-dimensional electron gas included in the thermoelectric composite. In addition, since it is easy to manufacture the multi-layered structure (the alternately stacked structure of the base substrate and the material film) of the thermoelectric composite, electrical conductivity characteristics can be easily improved.

뿐만 아니라, 캐리어 밀도(carrier density)와 제백 계수(seebeck coefficient)가 반비례하는 종래의 열전 소자와 달리, 캐리어 밀도와 제백 계수가 비례하는 고유의 특성까지 발현될 수 있다. In addition, unlike the conventional thermoelectric element in which the carrier density and the Seebeck coefficient are inversely proportional, a unique characteristic in which the carrier density and the Seebeck coefficient are proportional can be expressed.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 소자가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. In the above, the thermoelectric element according to the exemplary embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation results of the thermoelectric composite according to an embodiment of the present invention will be described.

도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 열전 특성을 측정하는 모식도이다. 15 is a schematic diagram for measuring thermoelectric properties of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.

실험 예에 따른 열전 복합체 준비Preparation of the thermoelectric composite according to the experimental example

도 15에 도시된 바와 같이, 쿼츠 기판(S), 상기 쿼츠 기판(S) 상에 형성된 ZnO 물질막(110), 상기 ZnO 물질막(110) 상에 형성된 Al2O3 물질막(120), 및 상기 ZnO 물질막(110)과 상기 Al2O3 물질막(120) 사이에 생성된 2차원 전자 가스(130)를 포함하는 열전 복합체가 제조된다. As shown in FIG. 15, a quartz substrate S, a ZnO material film 110 formed on the quartz substrate S, an Al 2 O 3 material film 120 formed on the ZnO material film 110, and a 2D electron gas 130 generated between the ZnO material layer 110 and the Al 2 O 3 material layer 120 .

보다 구체적으로, 상기 ZnO 물질막(110) 및 상기 Al2O3 물질막(120)은 모두 원자층 증착(ALD) 공정으로 형성되었으며, 상기 ZnO물질막(110)은 5 nm의 두께로 형성되었고 상기 Al2O3 물질막(120)은 3 nm의 두께로 형성되었다. More specifically, both the ZnO material film 110 and the Al 2 O 3 material film 120 were formed through an atomic layer deposition (ALD) process, and the ZnO material film 110 was formed to a thickness of 5 nm. The Al 2 O 3 material layer 120 was formed to a thickness of 3 nm.

이후, 상기 열전 복합체의 일측에 히터(Heater)를 형성하고 타측에 히트 싱크(Heat sink)를 형성한 후, 열전대(Thermocouple) 및 전압 프로브(voltage probe)를 통해 상기 열전 복합체의 열전 특성을 측정하였다. Thereafter, a heater was formed on one side of the thermoelectric composite and a heat sink was formed on the other side, and thermoelectric characteristics of the thermoelectric composite were measured using a thermocouple and a voltage probe. .

도 16은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 형성 온도에 따른 계면의 면 저항을 나타내는 그래프이다. 16 is a graph showing sheet resistance of an interface according to an Al 2 O 3 material film formation temperature of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.

도 16을 참조하면, 50℃ 내지 300℃의 온도로 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 상기 실험 예에 따른 열전 복합체를 준비한 후, ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이 계면의 면 저항(Sheet resistance, Ohm/sq.)을 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 16, after preparing the thermoelectric composite according to the experimental example including the Al 2 O 3 material film manufactured at a temperature of 50 °C to 300 °C, the surface resistance of the interface between the ZnO material film and the Al 2 O 3 material film (Sheet resistance, Ohm/sq.) was measured and expressed.

도 16에서 확인할 수 있듯이, Al2O3 물질막을 제조하는 공정 온도가 증가함에 따라, 계면의 면 저항도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 다만, Al2O3 물질막을 제조하는 공정 온도가 100℃를 초과하는 경우, 면 저항이 포화되어 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from FIG. 16 , it was confirmed that as the process temperature for manufacturing the Al 2 O 3 material film increased, the sheet resistance of the interface also decreased. However, it was confirmed that when the process temperature for manufacturing the Al 2 O 3 material film exceeds 100° C., the sheet resistance is saturated and maintained substantially constant.

도 17은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 형성 온도에 따른 계면의 캐리어 밀도를 나타내는 그래프이다. 17 is a graph showing the carrier density of the interface according to the formation temperature of the Al 2 O 3 material film of the thermoelectric composite according to the experimental example of the present invention.

도 17을 참조하면, 50℃ 및 300℃의 온도로 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 상기 실험 예에 따른 열전 복합체를 준비한 후, ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이 계면의 캐리어 밀도(carrier density, cm-2)를 측정하여 나타내었다. 도 17에서 확인할 수 있듯이, Al2O3 물질막을 제조하는 공정 온도가 50℃에서 300℃로 증가함에 따라, 계면의 캐리어 밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 17, after preparing the thermoelectric composite according to the experimental example including the Al 2 O 3 material film manufactured at temperatures of 50 °C and 300 °C, the carrier density of the interface between the ZnO material film and the Al 2 O 3 material film (carrier density, cm -2 ) was measured and expressed. As can be seen in FIG. 17 , as the process temperature for manufacturing the Al 2 O 3 material film increased from 50° C. to 300° C., it was confirmed that the carrier density of the interface increased.

도 18은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 계면의 캐리어 밀도에 따른 제백 계수를 나타내는 그래프이다. 18 is a graph showing the Seebeck coefficient according to the carrier density at the interface of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.

도 18을 참조하면, ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이의 계면의 캐리어 밀도(nsheet, cm-2)가 서로 다른 열전 복합체를 준비한 후, 각각에 대해 제백 계수(Seebeck coefficient, |S| μV·K-1)를 측정하여 나타내었다. 보다 구체적으로, 도 18에서 상대적으로 낮은 캐리어 밀도를 갖는 열전 복합체는 Al2O3 물질막이 50℃의 온도에서 형성된 열전 복합체를 나타내고, 상대적으로 높은 캐리어 밀도를 갖는 열전 복합체는 Al2O3 물질막이 300℃의 온도에서 형성된 열전 복합체를 나타낸다. Referring to FIG. 18, after preparing thermoelectric composites having different carrier densities (n sheet , cm −2 ) at the interface between a ZnO material film and an Al 2 O 3 material film, Seebeck coefficient (|S) for each | μV·K -1 ) was measured and expressed. More specifically, in FIG. 18 , a thermoelectric composite having a relatively low carrier density represents a thermoelectric composite in which an Al 2 O 3 material film is formed at a temperature of 50° C., and a thermoelectric composite having a relatively high carrier density has an Al 2 O 3 material film. It represents a thermoelectric composite formed at a temperature of 300°C.

도 18에서 확인할 수 있듯이, ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이의 계면의 캐리어 밀도가 증가함에 따라, 열전 복합체의 제백 계수도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체가 적용된 열전 소자의 경우, 캐리어 밀도와 제백 계수가 비례하는 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 17 및 도 18에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 복합체가 적용된 열전 소자의 경우, Al2O3 물질막의 형성 온도를 증가시킴에 따라 제백 계수가 증가되는 것을 알 수 있었다. As can be seen from FIG. 18 , as the carrier density of the interface between the ZnO material film and the Al 2 O 3 material film increases, the Seebeck coefficient of the thermoelectric composite also increases. That is, in the case of the thermoelectric element to which the thermoelectric composite according to the embodiment of the present invention is applied, it was confirmed that the carrier density and the Seebeck coefficient were proportional to each other. 17 and 18, in the case of the thermoelectric element to which the thermoelectric composite according to the embodiment of the present invention is applied, it was found that the Seebeck coefficient increased as the formation temperature of the Al 2 O 3 material film increased. .

도 19는 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 제조 공정에 사용되는 금속 전구체에 따른 면 저항을 비교하는 그래프이다. 19 is a graph comparing sheet resistance according to metal precursors used in a process of manufacturing an Al 2 O 3 material film of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.

도 19를 참조하면, 서로 다른 금속 전구체(TMA, DMAIP)를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체를 준비한 후, 각각에 대해 ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이 계면의 면 저항(Sheet resistance, Ohm/sq.)을 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 19, after preparing a thermoelectric composite including an Al 2 O 3 material film prepared using different metal precursors (TMA, DMAIP), the interface between the ZnO material film and the Al 2 O 3 material film is measured for each. Sheet resistance (Ohm/sq.) was measured and expressed.

도 19에서 확인할 수 있듯이, TMA를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체는, DMAIP를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체 보다 면 저항이 현저하게 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, DMAIP를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체의 경우, 계면의 면 저항이 측정 한계치(Detection limit)까지 높게 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, TMA를 사용하여 Al2O3 물질막을 제조하는 경우 ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되지만, DMAIP를 사용하여 Al2O3 물질막을 제조하는 경우 ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되지 않는 것을 알 수 있었다. As can be seen in FIG. 19, the thermoelectric composite including the Al 2 O 3 material film prepared using TMA has a significantly lower sheet resistance than the thermoelectric composite including the Al 2 O 3 material film prepared using DMAIP. I was able to confirm. In particular, in the case of the thermoelectric composite including the Al 2 O 3 material film manufactured using DMAIP, it was confirmed that the surface resistance of the interface was generated high up to the detection limit. Accordingly, when the Al 2 O 3 material film is manufactured using TMA, a two-dimensional electron gas is generated between the ZnO material film and the Al 2 O 3 material film, but when the Al 2 O 3 material film is manufactured using DMAIP, ZnO It was found that no two-dimensional electron gas was generated between the material film and the Al 2 O 3 material film.

도 20은 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 Al2O3 물질막 제조 공정에 사용되는 반응물질에 따른 면 저항을 비교하는 그래프이다. 20 is a graph comparing sheet resistance according to reactants used in a process for manufacturing an Al 2 O 3 material film of a thermoelectric composite according to an experimental example of the present invention.

도 20을 참조하면, 서로 다른 반응물질(H2O, O3)을 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체를 준비한 후, 각각에 대해 ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이 계면의 면 저항(Sheet resistance, Ohm/sq.)을 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 20, after preparing a thermoelectric composite including an Al 2 O 3 material film prepared using different reactants (H 2 O, O 3 ), a ZnO material film and an Al 2 O 3 material film, respectively, The sheet resistance (Ohm/sq.) of the interface between the surfaces was measured and expressed.

도 20에서 확인할 수 있듯이, H2O를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체는, O3를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체 보다 면 저항이 현저하게 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, O3를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체의 경우, 계면의 면 저항이 측정 한계치(Detection limit)까지 높게 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, H2O를 사용하여 Al2O3 물질막을 제조하는 경우 ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되지만, O3를 사용하여 Al2O3 물질막을 제조하는 경우 ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되지 않는 것을 알 수 있었다. As can be seen in FIG. 20 , the thermoelectric composite including the Al 2 O 3 material film prepared using H 2 O has a significantly higher sheet resistance than the thermoelectric composite including the Al 2 O 3 material film manufactured using O 3 . It could be seen that the lower In particular, in the case of a thermoelectric composite including an Al 2 O 3 material film prepared using O 3 , it was confirmed that the surface resistance of the interface was generated high up to the detection limit. Accordingly, when an Al 2 O 3 material film is manufactured using H 2 O, a two-dimensional electron gas is generated between the ZnO material film and the Al 2 O 3 material film, but the Al 2 O 3 material film is manufactured using O 3 . In this case, it was found that no two-dimensional electron gas was generated between the ZnO material film and the Al 2 O 3 material film.

도 21은 본 발명의 실험 예 및 비교 예에 따른 열전 복합체의 면 저항을 비교하는 그래프이다. 21 is a graph comparing sheet resistances of thermoelectric composites according to Experimental Examples and Comparative Examples of the present invention.

도 21을 참조하면, 서로 다른 공정을 통해 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 실험 예 1에 따른 열전 복합체(TMA 23c), 실험 예 2에 따른 열전 복합체(TMA 4c + DMAIP 24c), 및 비교 예 1에 따른 열전 복합체(DMAIP 24c + TMA 4c)를 준비한 후, 각각에 대해 면 저항(Sheet resistance, Ohm/sq.)을 측정하여 나타내었다. Referring to FIG. 21, a thermoelectric composite (TMA 23c) according to Experimental Example 1 including Al 2 O 3 material films manufactured through different processes, a thermoelectric composite (TMA 4c + DMAIP 24c) according to Experimental Example 2, and comparison After preparing the thermoelectric composite (DMAIP 24c + TMA 4c) according to Example 1, the sheet resistance (Ohm/sq.) of each was measured and shown.

보다 구체적으로, 상기 실험 예 1에 따른 열전 복합체가 포함하는 Al2O3 물질막은, TMA 제공-퍼지-H2O 제공-퍼지로 정의되는 유닛 공정이 23회 반복 수행되어 제조되었다. 이와 달리, 상기 실험 예 2에 따른 열전 복합체가 포함하는 Al2O3 물질막은, TMA 제공-퍼지-H2O 제공-퍼지로 정의되는 제1 유닛 공정이 4회 반복 수행된 후 DMAIP 제공-퍼지-H2O 제공-퍼지로 정의되는 제2 유닛 공정이 24회 반복 수행되어 제조되었다. 이와 달리, 상기 비교 예 1에 따른 열전 복합체가 포함하는 Al2O3 물질막은, DMAIP 제공-퍼지-H2O 제공-퍼지로 정의되는 제2 유닛 공정이 24회 반복 수행된 후 TMA 제공-퍼지-H2O 제공-퍼지로 정의되는 제1 유닛 공정이 4회 반복 수행되어 제조되었다. 상기 실험 예 1, 실험 예 2, 및 비교 예 1에 따른 열전 복합체가 포함하는 Al2O3 물질막의 제조 공정이 아래의 <표 1>을 통해 정리된다. More specifically, the Al 2 O 3 material layer included in the thermoelectric composite according to Experimental Example 1 was manufactured by repeating a unit process defined as TMA provision-purge-H 2 O provision-purge 23 times. In contrast, in the Al 2 O 3 material layer included in the thermoelectric composite according to Experimental Example 2, the first unit process defined as TMA provision-purge-H 2 O provision-purge is repeated four times, and then DMAIP provision-purge The second unit process, defined as -providing H 2 O-purge, was repeated 24 times and was manufactured. In contrast, in the Al 2 O 3 material layer included in the thermoelectric composite according to Comparative Example 1, the second unit process defined as DMAIP provision-purge-H 2 O provision-purge is repeated 24 times, and then TMA provision-purge The first unit process, defined as -providing H 2 O-purge, was repeatedly performed four times to manufacture. The manufacturing process of the Al 2 O 3 material film included in the thermoelectric composite according to Experimental Example 1, Experimental Example 2, and Comparative Example 1 is summarized through <Table 1> below.

실험 예 1Experimental Example 1 TMA-퍼지-H2O-퍼지 (23회 반복)TMA-purge-H 2 O-purge (repeat 23 times) 실험 예 2Experimental Example 2 TMA-퍼지-H2O-퍼지 (4회 반복) 이후 DMAIP-퍼지-H2O-퍼지(24회 반복)TMA-Purge-H 2 O-Purge (repeat 4 times) followed by DMAIP-Purge-H 2 O-purge (repeat 24 times) 실험 예 3Experimental Example 3 DMAIP-퍼지-H2O-퍼지(24회 반복) 이후 TMA-퍼지-H2O-퍼지 (4회 반복)DMAIP-Purge-H 2 O-Purge (repeat 24 times) then TMA-Purge-H 2 O-purge (repeat 4 times)

도 21에서 확인할 수 있듯이, TMA가 단독으로 사용되어 제조된 Al2O3를 포함하는 상기 실험 예 1에 따른 열전 복합체(TMA 23c)의 경우 5944 Ohm/sq의 면 저항을 나타내지만, TMA와 DMAIP가 함께 사용되어 제조된 Al2O3를 포함하는 상기 실험 예 2에 따른 열전 복합체(TMA 4c+DMAIP 24c)의 경우 3815 Ohm/sq의 면 저항을 나타내어, 상기 실험 예 1에 따른 열전 복합체 보다 약 36% 낮은 면 저항을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, TMA를 단독으로 사용하여 제조된 Al2O3 물질막 보다, TMA와 DMAIP가 함께 사용되어 제조된 Al2O3 물질막의 전기적 특성이 높은 것을 알 수 있었다. As can be seen in FIG. 21, the thermoelectric composite (TMA 23c) according to Experimental Example 1 including Al 2 O 3 prepared by using TMA alone exhibits a sheet resistance of 5944 Ohm / sq, but TMA and DMAIP In the case of the thermoelectric composite (TMA 4c + DMAIP 24c) according to Experimental Example 2 containing Al 2 O 3 prepared using the same, the sheet resistance of 3815 Ohm/sq was shown, which is about less than that of the thermoelectric composite according to Experimental Example 1. It was confirmed that the sheet resistance was 36% lower. Accordingly, it was found that the electrical characteristics of the Al 2 O 3 material film prepared using TMA and DMAIP together were higher than the Al 2 O 3 material film prepared using TMA alone.

다만, 상기 비교 예 1에 따른 열전 복합체(DMAIP 24c + TMA 4c)의 경우 측정 한계치(Detection limit) 이상의 높은 면 저항이 나타나는 것으로 보아, DMAIP 가 TMA 보다 먼저 사용된 Al2O3 물질막은, ZnO 물질막과 Al2O3 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되지 않는 것을 알 수 있었다. However, in the case of the thermoelectric composite (DMAIP 24c + TMA 4c) according to Comparative Example 1, it is seen that the sheet resistance is higher than the detection limit, and the Al 2 O 3 material film in which DMAIP is used before TMA is a ZnO material It was found that no two-dimensional electron gas was generated between the film and the Al 2 O 3 material film.

즉, 전기적 특성이 높은 열전 복합체를 제조하기 위하여, Al2O3 물질막 제조 과정에서 TMA와 DMAIP가 함께 사용되되, TMA가 DMAIP 보다 먼저 사용되어야 함을 알 수 있었다. That is, in order to manufacture a thermoelectric composite with high electrical properties, it was found that TMA and DMAIP were used together in the process of preparing the Al 2 O 3 material film, but TMA should be used before DMAIP.

도 22a 내지 도 22d는 본 발명의 실험 예에 따른 열전 복합체의 XPS 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 22a to 22d are graphs showing XPS analysis results of thermoelectric composites according to experimental examples of the present invention.

도 22a 내지 도 22d를 참조하면, 서로 다른 금속 전구체(TMA, DMAIP)를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막을 포함하는 열전 복합체를 준비한 후, 각각에 대해 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 수행하고 그 결과를 나타내었다. 도 22A 내지 도 22D에서 확인할 수 있듯이, TMA를 사용하여 제조된 Al2O3 물질막은 Al2O3의 전형적인 O 1s peak(531 eV) 및 Al 2p peak(74.2 eV)를 확인할 수 있었다. 22a to 22d, after preparing thermoelectric composites including Al 2 O 3 material films prepared using different metal precursors (TMA, DMAIP), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis was performed on each of them. carried out and the results are presented. 22A to 22D, the Al 2 O 3 material film prepared using TMA showed typical O 1s peak (531 eV) and Al 2p peak (74.2 eV) of Al 2 O 3 .

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

11, 12: 제1 및 제2 하부 전극
13: 상부 전극
100: 열전 복합체, 제1 열전 레그
110: 베이스 기재
120: 물질막
130: 2차원 전자 가스
200: 제2 열전 레그11, 12: first and second lower electrodes
13: upper electrode
100: thermoelectric composite, first thermoelectric leg
110: base material
120: material film
130: two-dimensional electron gas
200: second thermoelectric leg

Claims (14)

제1 이성분계 금속산화물을 포함하는 베이스 기재를 준비하는 단계; 및
상기 베이스 기재 상에, 금속 전구체 및 산소(O)를 포함하는 반응물질을 제공하여, 상기 금속 전구체와 상기 반응물질이 반응된 제2 이성분계 금속산화물을 포함하는 물질막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 물질막을 형성하는 단계에서, 상기 베이스 기재 상에 상기 물질막이 형성됨에 따라 상기 베이스 기재와 상기 물질막 사이에 2차원 전자 가스가 생성되는 것을 포함하되,
상기 물질막을 형성하는 단계는,
상기 베이스 기재 상에, TMA(Trimethylaluminum)를 포함하는 제1 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계; 및
상기 베이스 기재 상에, DMAIP(Dimethylaluminumisopropoxide)를 포함하는 제2 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계는, 상기 제2 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계 보다 먼저 수행되는 것을 포함하는 열전 복합체의 제조방법.
preparing a base substrate including a first two-component metal oxide; and
Forming a material film including a second two-component metal oxide in which the metal precursor and the reactant are reacted by providing a reactant including a metal precursor and oxygen (O) on the base substrate;
In the forming of the material film, as the material film is formed on the base substrate, a two-dimensional electron gas is generated between the base substrate and the material film,
Forming the material film,
providing a first metal precursor including trimethylaluminum (TMA) and the reactant on the base substrate; and
On the base substrate, providing a second metal precursor including DMAIP (Dimethylaluminumisopropoxide) and the reactant,
The method of manufacturing a thermoelectric composite comprising providing the first metal precursor and the reactant is performed prior to providing the second metal precursor and the reactant.
 삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계는 제1 유닛 공정(first unit process)으로 정의되고,
상기 제2 금속 전구체 및 상기 반응물질을 제공하는 단계는 제2 유닛 공정(second unit process)으로 정의되되,
상기 제1 유닛 공정 및 상기 제2 유닛 공정은 각각, 복수회 반복 수행되는 것을 포함하는 열전 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
Providing the first metal precursor and the reactant is defined as a first unit process,
The step of providing the second metal precursor and the reactant is defined as a second unit process,
The method of manufacturing a thermoelectric composite comprising repeating each of the first unit process and the second unit process a plurality of times.
 제1 항에 있어서,
상기 물질막을 형성하는 단계의 공정 온도가 제어됨에 따라, 상기 베이스 기재와 상기 물질막의 계면(interface)의 면 저항(Sheet resistance)가 제어되는 것을 포함하는 열전 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a thermoelectric composite comprising controlling sheet resistance of an interface between the base substrate and the material layer as the process temperature of the forming of the material layer is controlled.
 제1 항에 있어서,
상기 물질막을 형성하는 단계의 공정 온도가 제어됨에 따라, 상기 베이스 기재와 상기 물질막의 계면(interface)의 캐리어 밀도(carrier density)가 제어되는 것을 포함하는 열전 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing a thermoelectric composite comprising controlling a carrier density at an interface between the base substrate and the material layer as a process temperature of forming the material layer is controlled.
 제1 항에 있어서,
상기 반응물질은, 물(H2O)을 포함하는 열전 복합체의 제조방법.
According to claim 1,
The reactant is a method for producing a thermoelectric composite comprising water (H 2 O).
 제1 항에 따른 열전 복합체의 제조방법으로 제조된 열전 복합체로서,
제1 이성분계 금속산화물을 포함하는 베이스 기재;
상기 베이스 기재를 덮고, 제2 이성분계 금속산화물을 포함하는 물질막; 및
상기 베이스 기재와 상기 물질막 사이에 생성된 2차원 전자 가스를 포함하되,
상기 제1 이성분계 금속산화물과 상기 제2 이성분계 금속산화물은 서로 다른 종류의 금속을 포함하는 열전 복합체.
A thermoelectric composite manufactured by the method of manufacturing a thermoelectric composite according to claim 1,
A base substrate including a first two-component metal oxide;
a material layer covering the base substrate and including a second two-component metal oxide; and
Including a two-dimensional electron gas generated between the base substrate and the material film,
The first two-component metal oxide and the second two-component metal oxide include different types of metal.
 제8 항에 있어서,
상기 제1 이성분계 금속산화물은, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 알루미늄 산화물(Al2O3), 하프늄 산화물(HfO), 인듐 산화물(InO), 갈륨 산화물 (GaO), 실리콘 산화물(SiO), 주석 산화물(SnO), 바나듐 산화물(VO), 니켈 산화물(NiO), 탄탈륨 산화물(TaO), 네오디뮴 산화물(NbO), 또는 지르코늄 산화물(ZrO) 중 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 이성분계 금속산화물은, 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하는 열전 복합체.
According to claim 8,
The first two-component metal oxide may include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO), indium oxide (InO), gallium oxide (GaO), silicon Including any one of oxide (SiO), tin oxide (SnO), vanadium oxide (VO), nickel oxide (NiO), tantalum oxide (TaO), neodymium oxide (NbO), or zirconium oxide (ZrO),
The second binary metal oxide includes aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
 제1 하부 전극;
상기 제1 하부 전극과 이격되어 배치된 제2 하부 전극;
상기 제1 하부 전극상에 배치되고, 제8 항에 따른 열전 복합체를 포함하는 제1 열전 레그;
상기 제2 하부 전극 상에 배치되고, p-type 반도체를 포함하는 제2 열전 레그; 및
상기 제1 열전 레그의 일단, 및 상기 제2 열전 레그의 일단을 연결하는 상부 전극을 포함하되,
캐리어 밀도(carrier density)와 제백 계수(Seebeck coefficient)가 비례하는 것을 포함하는 열전 소자.
a first lower electrode;
a second lower electrode disposed spaced apart from the first lower electrode;
a first thermoelectric leg disposed on the first lower electrode and including the thermoelectric composite according to claim 8;
a second thermoelectric leg disposed on the second lower electrode and including a p-type semiconductor; and
An upper electrode connecting one end of the first thermoelectric leg and one end of the second thermoelectric leg,
A thermoelectric element including one in which a carrier density and a Seebeck coefficient are proportional.
 제10 항에 있어서,
상기 열전 복합체의 상기 베이스 기재는, 나노 와이어(nano wire) 또는 나노 로드(nano rod) 중 어느 하나의 구조를 갖는 열전 소자.
According to claim 10,
The base substrate of the thermoelectric composite has a structure of any one of a nano wire and a nano rod.
 제10 항에 있어서,
상기 열전 복합체의 상기 베이스 기재는, 다공성(porous) 구조를 갖는 열전 소자.
According to claim 10,
The base substrate of the thermoelectric composite has a porous structure.
 제8 항에 따른 상기 열전 복합체; 및
상기 열전 복합체의 상기 물질막 상에 배치된 기능성막을 포함하는 반도체 소자.
The thermoelectric composite according to claim 8; and
A semiconductor device including a functional layer disposed on the material layer of the thermoelectric composite.
 제13 항에 있어서,
상기 기능성막은, 실리콘 산화물(SiO2) 또는 하프늄 산화물(HfO2) 중 어느 하나를 포함하는 반도체 소자.
According to claim 13,
The functional layer is a semiconductor device including any one of silicon oxide (SiO 2 ) or hafnium oxide (HfO 2 ).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219218A (en) * 2012-04-10 2013-10-24 Hitachi Ltd Thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion element, and thermoelectric conversion module
KR101450093B1 (en) * 2013-10-22 2014-10-15 한국과학기술연구원 Resistance random access memory device with hetero-junction oxides structure
KR101522819B1 (en) * 2014-10-17 2015-05-27 한양대학교 에리카산학협력단 Electronic device comprising two-dimensional electron gas, and method of fabricating the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101783742B1 (en) * 2015-04-10 2017-10-11 한양대학교 산학협력단 Thermoelectric device and method of fabricating the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219218A (en) * 2012-04-10 2013-10-24 Hitachi Ltd Thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion element, and thermoelectric conversion module
KR101450093B1 (en) * 2013-10-22 2014-10-15 한국과학기술연구원 Resistance random access memory device with hetero-junction oxides structure
KR101522819B1 (en) * 2014-10-17 2015-05-27 한양대학교 에리카산학협력단 Electronic device comprising two-dimensional electron gas, and method of fabricating the same

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