KR20110071291A - Thermoelectric module using superlattice structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 열전 소자에 관한 것으로, 특히 초격자를 이용한 열전 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a thermoelectric element, and more particularly to a thermoelectric element using a superlattice.
본 발명은 지식 경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2008-F-035-02, 과제명 : 상용 양자암호통신시스템을 위한 요소 기술 개발].The present invention is derived from a study conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy [Task management number: 2008-F-035-02, Title: Development of element technology for commercial quantum cryptography communication system].
열전 소자는 열 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 소자로서, 인체의 체열 등 소규모 열원에서 원자력 등의 대규모 열원에 이르기까지 다양한 규모의 열원을 이용할 수 있으며, 거의 모든 에너지 변환 장치에 부가적으로 사용되어 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. Thermoelectric element is a device that converts thermal energy into electrical energy, and can use heat sources of various scales from small heat sources such as body heat of the human body to large heat sources such as nuclear power, and are used in almost all energy conversion devices to improve efficiency. There is an advantage that can be improved.
한편, 반도체 소자의 크기가 작아지면서 단위 면적당 발생하는 열의 밀도는 점점 높아지고 있으며, 이는 소자의 특성을 열화시켜 소자의 스케일링 다 운(scaling down) 특성을 저해하는 요소가 된다. 따라서, 반도체 소자와 함께 집적되어 반도체 소자에서 발생하는 열을 외부로 방출시킬 수 있는 열전 냉각 소자 또한 열전 방법을 이용한 소자로서 큰 장점이 있다. On the other hand, as the size of the semiconductor device decreases, the heat density generated per unit area is gradually increasing, which deteriorates the characteristics of the device, thereby inhibiting the scaling down characteristics of the device. Therefore, the thermoelectric cooling device which is integrated with the semiconductor device and can emit heat generated from the semiconductor device to the outside also has a great advantage as a device using a thermoelectric method.
열을 전기로, 또는 전기를 열로 변환하는 열전 성능은 일반적으로 성능 지수(figure of merit) ZT 값으로 나타내며 <수학식 1>과 같이 표현된다. Thermoelectric performance of heat to electricity or electricity to heat is generally expressed as a figure of merit ZT value and is expressed as Equation 1 below.
여기서, S는 지벡 계수(Seebeck coefficient), σ는 전기 전도도, T는 평균 온도, K는 열 전도도이다. Where S is the Seebeck coefficient, σ is the electrical conductivity, T is the average temperature, and K is the thermal conductivity.
종래 이용되는 벌크형 열전 소자에서는 <수학식 1>에서 나타나는 변수들을 조합하여 ZT 값을 최적화하는데 어려움이 있다. In the conventional thermoelectric device, there is a difficulty in optimizing the ZT value by combining the variables shown in Equation 1.
그러나, 초격자 구조를 이용하면 초격자 구조에서의 특별한 상태 밀도 함수 때문에 지벡 계수와 전기 전도도를 크게 할 수 있으며, 도핑에 의해서도 전기 전도도를 최적화할 수 있다. 또한, 초격자 구조의 특성상 매질의 차이로 포논(phonon)의 전달이 어렵게 되어 열 전도도를 낮출 수 있고, 초격자 구조의 단면적을 작게 함으로써 그 효율을 높일 수 있다. However, the use of superlattice structures allows the Seebeck coefficient and electrical conductivity to be increased due to the special state density functions in the superlattice structure, and doping can also optimize electrical conductivity. In addition, due to the characteristics of the superlattice structure, it is difficult to transfer phonons due to the difference in the medium, thereby lowering the thermal conductivity and increasing the efficiency by reducing the cross-sectional area of the superlattice structure.
근래 2차원 초격자 구조에 대한 열전 성능이 많이 보고되고 있으며, 합성된 초격자 나노 와이어들을 이용한 방법이 연구되고 있다. 초격자 구조의 열전 소자는 그 단면적이 나노 스케일로 작아질 때 그 성능이 더욱 향상되는데, 종래 이용되는 초격자 나노 와이어 성장을 이용한 방법은 나노 와이어의 굵기, 길이 및 밀도 등의 조절이 쉽지 않은 문제점이 있다. Recently, many thermoelectric performances of two-dimensional superlattice structures have been reported, and methods using synthesized superlattice nanowires have been studied. The performance of a superlattice thermoelectric element is further improved when its cross-sectional area is reduced to nanoscale. However, the conventional method using superlattice nanowire growth is not easy to control the thickness, length and density of nanowires. There is this.
따라서, 간편한 방법으로 초격자 구조를 형성하여 열전 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 요구된다. Therefore, there is a need for a technique capable of improving thermoelectric performance by forming a superlattice structure in a simple manner.
따라서, 본 발명의 목적은, 간단한 방법으로 초격자를 이용한 열전 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다. It is therefore an object of the present invention to provide a method of manufacturing a thermoelectric element using a superlattice by a simple method.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 열전 성능이 크게 향상된 열전 소자를 제공하는 데에 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a thermoelectric element with greatly improved thermoelectric performance.
그 외의 본 발명에서 제공하고자 하는 목적은, 하기의 설명 및 본 발명의 실시 예들에 의하여 파악될 수 있다. Other objects to be provided by the present invention can be understood by the following description and embodiments of the present invention.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초격자를 이용한 열전 소자는, 기판 상에 서로 이격되어 형성된 n-타입 전극 및 p-타입 전극; 상기 n-타입 전극 및 상기 p-타입 전극 상에 반도체 초격자 구조로 각각 형성되며, 제 1 물질과 제 2 물질의 적층 구조가 적어도 한 번 반복되는 적어도 하나의 n-타입 레그(leg) 및 적어도 하나의 p-타입 레그(leg); 및 상기 n-타입 레그 및 상기 p-타입 레그 상에 형성된 공통 전극을 포함한다. To this end, the thermoelectric device using a superlattice according to an embodiment of the present invention, n-type electrode and p-type electrode formed spaced apart from each other on the substrate; At least one n-type leg formed on the n-type electrode and the p-type electrode in a semiconductor superlattice structure, respectively, wherein the stacked structure of the first material and the second material is repeated at least once; One p-type leg; And a common electrode formed on the n-type leg and the p-type leg.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 열전 효율이 크게 향상된 열전 소자를 제공할 수 있는 이점이 있으며, 간단한 방법으로 초격자 구조를 형성할 수 있는 이 점이 있고, 실리콘 공정이 용이하여 CMOS 회로들과 한 기판에 집적될 수 있는 열전 소자를 제공할 수 있는 이점이 있다. According to the present invention as described above, there is an advantage to provide a thermoelectric element with a greatly improved thermoelectric efficiency, there is an advantage that can form a superlattice structure in a simple way, and the silicon process is easy, There is an advantage to provide a thermoelectric element that can be integrated into a substrate.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.On the other hand, various other effects will be disclosed directly or implicitly in the detailed description of the embodiments of the present invention to be described later.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자 및 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
전술한 바와 같이, 열전 소자는 성능 지수 ZT를 결정하는 변수들, 즉 지벡 계수, 전기 전도도 및 열 전도도 등의 변수들이 연관되어 있어 성능을 높이기 어렵다는 단점이 있다. As described above, the thermoelectric device has a disadvantage in that it is difficult to increase performance because variables related to the figure of merit ZT, that is, Seebeck coefficient, electrical conductivity and thermal conductivity, are associated with each other.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 초격자 구조의 특성을 이용하여 성능 지수 ZT 값으로 표현되는 열전 성능이 향상된 초격자 구조의 열전 소자를 제공한다. Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a thermoelectric device having a superlattice structure having improved thermoelectric performance expressed by a figure of merit ZT value using characteristics of the superlattice structure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한 다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전 소자를 보여주는 도면이다. 1 is a view showing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전 소자는 기판(110) 상에 형성된 제 1 절연층(120), 제 2 절연층(130a), n-type 전극(140n), p-type 전극(140p), 하부 전극(140), 상기 n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p) 상에 각각 형성된 초격자 구조(150n, 150p), 상기 초격자 구조를 감싸는 절연막(160) 및 상기 초격자 구조(150n, 150p) 상에 형성된 상부 전극인 공통 전극(170)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a thermoelectric device according to an exemplary embodiment may include a first
기판(110)으로는 절연층(Buried OXide; BOX)이 형성되어 있는 SOI 기판을 이용할 수 있으며, 일반적인 벌크 실리콘 기판을 산화 공정 처리하여 산화막을 형성한 기판을 이용할 수도 있다. 도면에서는 SOI 기판을 이용하는 것을 도시하였으며, 설명의 편의를 위하여 본 발명의 일 실시 예에서는 SOI 기판을 이용하는 것을 예로 들어 설명한다. 한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전 소자에 형성되는 다른 절연층과의 구분을 위하여, 이하, SOI 기판에 형성된 절연층을 제 1 절연층(120)이라 칭한다. As the
제 1 절연층(120) 상에는 n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)이 서로 간격을 가지고 형성된다. n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)은 SOI 기판의 최상 층인 실리콘층에 각각 n-type 도펀트와 p-type 도펀트를 이온 주입함으로써 형성된 것일 수 있다. 또는, 제 1 절연층(120) 상에 n-type 도핑된 실리콘(n-type doped silicon) 또는 n-type 도핑된 폴리 실리콘(n-type doped poly silicon)과 p-type 도핑된 실리콘(p-type doped silicon) 또는 p-type 도핑된 폴리 실리콘(p-type doped poly silicon)이 증착되어 형성된 것일 수 있다. The n-
n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p) 상에는 각각 초격자 구조(150n, 150p)가 형성된다. 초격자 구조(150n, 150p)는 Si/SiGe의 반복 적층 구조, SiXGe1 -X/SiYGe1-Y의 반복 적층 구조 또는 PbTe/Pb1 - XEuXTe의 반복 적층 구조를 포함한다. 또는, PbSeTe/PbTe 초격자 양자점이나 나노 파티클을 포함한 구조일 수 있다.
초격자 구조(150n, 150p)의 최하층, 즉 n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)과 인접하는 부분에는 실리콘 버퍼 레이어(151n, 151p)가 형성된다. 실리콘 버퍼 레이어(151n, 151p)는 초격자 구조(150n, 150p)의 성장 시에 하부 구조물과의 격자의 불일치(lattic miss match)를 방지한다. 또한, 실리콘 버퍼 레이어(151n, 151p)는 초격자 구조(150n, 150p)의 아래에 형성되는 하부 구조물과 초격자 구조(150n, 150p)의 서로 다른 열 팽창률로 인한 스트레스를 완충하는 역할을 한다.
한편, 초격자 구조(150n, 150p)의 최상층, 즉 공통 전극(170)과 인접하는 부분에는 n-type 도핑된 실리콘층(159n)과 p-type 도핑된 실리콘층(159p)이 각각 형 성된다. On the other hand, the n-type doped
n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p) 상에는 초격자 구조(150n, 150p)를 감싸는 절연막(160)이 형성된다. 상기 절연막(160)은 LP-TEOS 방법 또는 다공성 SiO2 형성 방법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 절연막(160)에 의하여 초격자 구조(150n, 150p)는 최상층에 형성된 도핑된 실리콘층(159n, 159p)을 제외하고 외부와 차단된다. 상기 절연막(160)은 공통 전극(170)으로부터 n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)으로 흐르는 전류가 누설되지 않도록 하는 역할을 하며, 또한, 히트 싱크 쪽에서 발생한 열이 초격자 구조(150n, 150p)의 측면으로 발산되지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 절연막(160)은, SiO2, 공기 및 진공 등을 포함할 수 있다. The
한편, n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)의 일부는 외부로 노출된다. Meanwhile, some of the n-
상기 외부로 노출된 n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)은 각각 하부 전극(140)과 연결되며, 초격자 구조(150n, 150p)를 감싸는 절연막(160) 상에는 초격자 구조(150n, 150p)의 최상층인 도핑된 실리콘층(159n, 159p)과 도통하는 상부 전극인 공통 전극(170)이 형성된다. The n-
이하에서는, 관련된 도면을 참조하여 상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초격자를 이용한 열전 소자의 제조 공정에 대하여 살펴본다. Hereinafter, a manufacturing process of a thermoelectric device using a superlattice according to an embodiment of the present invention as described above will be described with reference to related drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a view for explaining a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판을 준비한다. 기판은 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 이용할 수도 있고, 벌크 실리콘 기판을 산화 공정 처리하여 이용할 수도 있다. 도면에서는 벌크 실리콘 층(110), 제 1 절연층(120) 및 실리콘층(130)의 구조를 갖는 SOI 기판(100)을 이용하는 것을 도시하였다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초격자를 이용한 열전 소자의 제조 방법을 설명함에 있어 SOI 기판을 이용하는 것을 예로 들어 설명한다. First, as shown in FIG. 2A, a substrate is prepared. As the substrate, a silicon on insulator (SOI) substrate may be used, or the bulk silicon substrate may be subjected to an oxidation process. In the drawing, the
한편, 벌크 실리콘 기판을 산화 공정 처리하여 이용하는 경우 실리콘 기판으로의 열 방출을 위하여 산화막을 얇게 형성하는 것이 바람직하며, 기판의 후면을 식각하여 방열판을 형성할 수도 있다. On the other hand, when the bulk silicon substrate is used in an oxidation process, it is preferable to form a thin oxide film for heat dissipation to the silicon substrate, and the back surface of the substrate may be etched to form a heat sink.
기판이 준비되면 기판 상에 n-type 전극과 p-type 전극을 형성한다. n-type 전극과 p-type 전극을 형성함에 있어 이온 주입 방법을 이용할 수 있는 데, 그 과정을 살펴보면 다음과 같다. When the substrate is prepared, n-type electrodes and p-type electrodes are formed on the substrate. An ion implantation method may be used to form the n-type electrode and the p-type electrode, and the process thereof is as follows.
먼저, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, SOI 기판의 실리콘층(130)에 n-type 도핑 영역(140n')의 형성을 위한 포토 레지스트 패턴(131)을 형성한다. 이후, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 이온 주입 공정을 통하여 n-type 도펀트(dopant)를 주입함으로써 n-type 도핑 영역(140n')을 형성한다. First, as shown in FIG. 2B, a
이후, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, n-type 도핑 영역(140n')의 형성에 이용된 포토 레지스트 패턴(131)을 제거하고, p-type 도핑 영역(140p')의 형성을 위한 포토 레지스트 패턴(132)을 형성한다. 이후, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 이온 주입 공정을 통하여 p-type 도펀트를 주입함으로써 p-type 도핑 영역(140p')을 형성한다. Thereafter, as shown in FIG. 2D, the
이후, p-type 도핑 영역(140p')의 형성에 이용된 포토 레지스트 패턴(132)을 제거하면, 도 2의 (f)에 도시된 바와 같은 구조물이 완성된다. Thereafter, when the
이후, n-type 전극과 p-type 전극의 형성을 위하여, 도 2의 (g)에 도시된 바와 같이, n-type 도핑 영역(140n')과 p-type 도핑 영역(140p') 상에 포토 레지스트 패턴(133)을 형성한 후, 식각 공정을 수행하여 실리콘층(130)을 제거함으로써 도 2의 (h)에 도시된 바와 같은 n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)의 최종 구조를 완성한다. Then, in order to form the n-type electrode and the p-type electrode, as shown in (g) of FIG. 2, the photo on the n-type doped
상기에서는 n-type 전극(140n)을 먼저 형성한 후 p-type 전극(140p)을 형성하는 것을 예로 들어 설명하였으나, p-type 전극(140p)의 형성 후에 n-type 전극(140n)을 형성할 수도 있다. 또한, 이온 주입 공정을 이용하는 대신, 산화막 상에 n-type 도핑된 실리콘(n-type doped silicon) 또는 n-type 도핑된 폴리 실리콘(n-type doped poly silicon)과 p-type 도핑된 실리콘(p-type doped silicon) 또는 p-type 도핑된 폴리 실리콘(p-type doped poly silicon)을 증착하는 방법을 이용할 수도 있다. In the above description, the n-
이후, 도 2의 (i)에 도시된 바와 같이, 열 산화 방법 또는 LP-TEOS(Low Pressure-Tetra Ethyl Ortho Silicate) 방법을 이용하여 제 2 절연층(130a)을 형성한다. 제 2 절연층(130a)은 실리콘 산화막(SiOX)층 또는 실리콘 나이트라이드(Si3N4)층으로 형성될 수 있다. 제 2 절연층(130a)을 형성한 후에는, 상기 구조물의 표면을 평탄화시키는 평탄화 공정을 수행한다. 이 때, 상기 구조물의 평탄화를 위하여 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정을 이용할 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 2 (i), the second insulating
상기와 같이, 표면의 평탄화가 이루어진 구조물이 완성되면 이후, 초격자 구조를 형성하기 위한 단계를 진행하는데, 초격자 구조를 형성하기 위한 과정을 설명하면 다음과 같다. As described above, when the structure having the planarization of the surface is completed, a step for forming a superlattice structure is then performed. A process for forming the superlattice structure will be described as follows.
먼저, 도 2의 (j)에 도시된 바와 같이, 평탄화된 구조물 상에 n-type leg를 형성하기 위한 초격자 구조(150n')를 형성한다. 초격자 구조(150n')는 Si/SiGe의 반복 적층 구조, SiXGe1 -X/SiYGe1 -Y의 반복 적층 구조 또는 PbTe/Pb1 - XEuXTe의 반복 적층 구조로 형성할 수도 있고, PbSeTe/PbTe 초격자 양자점이나 나노 파티클을 포함한 반복 적층 구조로 형성할 수도 있다. First, as shown in (j) of FIG. 2, a
이 때, 초격자 구조(150n')의 최하층은 실리콘 버퍼 레이어(buffer layer)(151)로 형성하며, 최상층은 n-type 도핑된 실리콘층(159n)으로 형성한다. At this time, the lowermost layer of the
초격자 구조는 광범위한 에너지 대역의 포논의 흐름을 억제하기 위하여 한 주기 이상의 다중 주기로 형성하는 것이 바람직하다. 이 때, 히트 소스(heat source)에 가까운 쪽은 고주파 포논(high frequency phonon)을 억제할 수 있는 형태로 형성하고, 히트 싱크(heat sink)에 가까운 쪽은 저주파 포논(low frequency phonon)을 억제할 수 있는 형태로 형성하는 것이 바람직하다. The superlattice structure is preferably formed in one or more multiple periods to suppress the flow of phonons in a wide range of energy bands. At this time, the side closer to the heat source is formed in a form capable of suppressing high frequency phonons, and the side closer to the heat sink is capable of suppressing low frequency phonons. It is desirable to form in a form that can be.
예를 들어, n-type leg(150n)의 형성을 위하여 Si/SiGe의 반복 적층 구조로 초격자 구조(150n')를 형성하는 경우, 장벽(barrier) 역할을 하는 SiGe층의 두께를 얇고 일정하게 유지하는 상태에서, 히트 소스에 가까운 쪽, 즉 공통 전극(170) 쪽으로 갈수록 Si층의 두께가 얇아지도록 형성하고, 히트 싱크 쪽에 가까운 쪽, 즉 n-type 전극(140n) 쪽으로 갈수록 Si층의 두께가 두꺼워지도록 형성하여 고주파 포논 및 저주파 포논의 흐름을 억제할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. For example, in the case of forming the
반대로, p-type leg(150p)의 형성을 위하여 Si/SiGe의 반복 적층 구조로 초격자 구조(150p')를 형성하는 경우에는, 장벽 역할을 하는 Si층의 두께를 얇고 일정하게 유지하는 상태에서, 공통 전극(170) 쪽으로 갈수록 SiGe층의 두께가 얇아지도록 형성하고, p-type 전극(140p) 쪽으로 갈수록 SiGe층의 두께가 두꺼워지도록 형성하여 고주파 포논 및 저주파 포논의 흐름을 억제할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. On the contrary, in the case where the
상기 초격자 구조를 형성함에 있어서 분자 선 증착법(Molecular Beam Epitaxy; MBE) 또는 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용할 수 있다. In forming the superlattice structure, Molecular Beam Epitaxy (MBE) or Chemical Vapor Deposition (CVD) may be used.
한편, 초격자 구조에서는 양자 우물에서의 전기 전도도를 향상시켜야하므로, 전자와 정공의 흐름에 방해가 되지 않도록 양자 우물의 장벽의 중간 부분에 델타 (δ)-도핑 또는 변조(modulation) 도핑 방법 등을 이용하여 도핑하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the superlattice structure, the electrical conductivity in the quantum well should be improved, so that the delta (δ) -doping or modulation doping method is applied to the middle part of the barrier of the quantum well so as not to disturb the flow of electrons and holes. Doping is preferred.
예를 들어, n-type leg의 형성을 위한 Si/SiGe 초격자 구조에서는 SiGe에 Phosphotous, Antimony 및 Arsenic 등을 도핑하고, p-type leg의 형성을 위한 Si/SiGe 초격자 구조에서는 Si에 boron, gallium 및 Aluminium 과 같은 물질을 도핑한다. For example, the Si / SiGe superlattice structure for the formation of n-type leg is doped with Phosphotous, Antimony and Arsenic on SiGe, and the Si / SiGe superlattice structure for the formation of p-type leg is boron, Dopants such as gallium and aluminum.
이후, 도 2의 (k)에 도시된 바와 같이, 식각 마스크 패턴(161)을 형성하고, 식각 공정을 진행하여 p-type 도핑 영역 상에 형성된 초격자 구조를 제거하여 도 2의 (l)에 도시된 바와 같은 구조를 형성한다. 이 때, 식각 마스크 패턴(161)으로는 포토 레지스트 또는 식각 마스크로 사용될 수 있는 SiO2, Si3N4 또는 Si3N4SiO2 등의 물질을 이용할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 2 (k), an
이후, 도 2의 (m)에 도시된 바와 같이, p-type leg를 형성하기 위한 초격자 구조(150p')를 형성한다. 초격자 구조(150p')는 Si/SiGe의 반복 적층 구조, SiXGe1 -X/SiYGe1-Y의 반복 적층 구조 또는 PbTe/Pb1 - XEuXTe의 반복 적층 구조를 성장시킴으로써 형성할 수도 있고, PbSeTe/PbTe 초격자 양자점이나 나노 파티클을 포함한 반복 적층 구조로 형성할 수도 있다. 이 때, 초격자 구조(150p')의 최하층은 실리콘 버퍼 레이어(buffer layer)(151p)로 형성하며, 최상층은 p-type 도핑된 실리콘층(159p)으로 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 2 (m), a
이후, 도 2의 (n)에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트 패턴(162)을 형성하고, 식각 공정을 진행하여 n-type 도핑 영역 상의 n-type 도핑된 실리콘층(159n) 상에 형성된 초격자 구조를 제거하여 도 2의 (o)와 같은 구조를 형성한다. 이후, 남아있는 포토 레지스트 패턴(162)을 제거한다. 이 때, 포토 레지스트 패턴(162)을 제거한 후, CMP 공정 등을 이용하여 표면의 평탄화 공정을 수행할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 2 (n), a
이후, 도 2의 (p)에 도시된 바와 같이, n-type leg와 p-type leg를 형성하기 위한 포토 레지스트 패턴(171) 또는 전자빔(E-beam) 레지스트 패턴(171)을 형성한 후 식각 공정을 진행하여 도 2의 (q)에 도시된 바와 같이 n-type leg(150n)와 p-type leg(150p)의 최종 구조를 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2 (p), the
이후, 도 2의 (r)에 도시된 바와 같이, 상기 단계에서 형성된 구조물을 덮는 절연막(160)을 형성한다. 상기 절연막(160)은 LP-TEOS 방법 또는 다공성 SiO2 형성 방법에 의하여 형성할 수 있다. Thereafter, as shown in (r) of FIG. 2, an insulating
상기와 같은 구조물이 완성되면, 이후의 단계에서 외부와의 연결을 위한 전극을 형성하기 위한 공정을 진행한다. 전극 형성을 위한 과정을 설명하면 다음과 같다. When the structure as described above is completed, a process for forming an electrode for connection with the outside in a later step is carried out. A process for forming an electrode is as follows.
먼저, 도 2의 (s)에 도시된 바와 같이, 절연막(160)이 형성된 구조물 상에 포토 레지스트 패턴(181)을 형성하고 식각 공정을 진행하여 n-type 전극(140n)과 p-type 전극(140p)이 외부로 노출되도록 한다. First, as shown in (s) of FIG. 2, the
이후, 도 2의 (t)에 도시된 바와 같이, 금속을 증착함으로써 하부 전극(140)을 형성하고, 리프트 오프 공정을 수행하여 도 2의 (u)에 도시된 바와 같은 구조를 완성한다. Thereafter, as shown in (t) of FIG. 2, the
이후, 상부 전극의 형성을 위하여, 도 2의 (v)에 도시된 바와 같이 포토 레지스트 패턴(182)을 형성한다. 이후, n-type leg와 p-type leg 상부의 절연막(160)을 식각한 후, 도 2의 (w)에 도시된 바와 같이 상부 전극(170)을 형성하고, 리프트 오프 공정을 수행하여 도 2의 (x)에 도시된 바와 같은 최종 구조물을 완성한다. Thereafter, to form the upper electrode, a
한편, 하부 전극(140)과 상부 전극(170)의 형성을 위한 상기 단계에서 포토 레지스트 패턴(181)의 형성 없이 절연막(160)을 전체적으로 건식 식각함으로써 하부 전극(140) 및 상부 전극(170)이 형성될 부분의 절연막(160)을 제거한 후, 한 번의 리소그라피 공정을 통해 하부 전극(140) 및 상부 전극(170)을 형성할 수도 있다. Meanwhile, in the step for forming the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들 은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다. While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the invention, the invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전 소자를 보여주는 도면, 1 is a view showing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열전 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 도면. 2 is a view for explaining a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090127812A KR20110071291A (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Thermoelectric module using superlattice structure |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020090127812A KR20110071291A (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Thermoelectric module using superlattice structure |
Publications (1)
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KR1020090127812A KR20110071291A (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Thermoelectric module using superlattice structure |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2018038477A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 엘지전자 주식회사 | Superlattice thermoelectric material and thermoelectric device using same |
-
2009
- 2009-12-21 KR KR1020090127812A patent/KR20110071291A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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WO2018038477A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 엘지전자 주식회사 | Superlattice thermoelectric material and thermoelectric device using same |
US11223002B2 (en) | 2016-08-22 | 2022-01-11 | Lg Electronics Inc. | Superlattice thermoelectric material and thermoelectric device using same |
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