KR20130061943A - 열전 소자 - Google Patents

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KR20130061943A KR20110128273A KR20110128273A KR20130061943A KR 20130061943 A KR20130061943 A KR 20130061943A KR 20110128273 A KR20110128273 A KR 20110128273A KR 20110128273 A KR20110128273 A KR 20110128273A KR 20130061943 A KR20130061943 A KR 20130061943A
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Abstract

본 발명은 열전 소자에 관한 발명으로, 상기 열전 소자는 두개의 레그들을 포함할 수 있다. 레그들 각각의 마주보는 일측면들은 평탄하고, 상기 일측면의 반대면인 타측면들은 요철을 포함할 수 있다. 즉 상기 일측면이 타측면보다 매끄럽다. 상기 타측면들의 요철로 포논이 산란되어 열전도도가 낮아질 수 있다. 레그들에서 발생하는 자기장이 전자와 포논의 이동경로를 다르게 할 수 있다. 상기 평탄한 일측면들이 전자의 이동경로일 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 열전 소자의 열전도도는 낮아지고 전기전도도는 유지될 수 있다.

Description

열전 소자 {Thermoelectric device}
본 발명은 열전 소자에 관한 것으로 구체적으로는 측부에 요철을 포함하는 한쌍의 레그들을 이용한 열전 소자에 관한 것이다.
화석연료의 사용으로 인한 환경문제와 이산화탄소의 배출문제가 점점 심각해지고 있다. 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 청정에너지가 요구되고 있다. 새로운 청정에너지의 예는 열전 소자이다. 열전 소자는 열에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있는 소자이다. 열전 소자의 열원은 태양열 등의 복사열, 지열, 체열, 및 폐열 등이다.
태양열은 그의 열원이 고갈될 염려가 없고, 환경오염의 염려도 없어 가장 이상적이다. 태양열을 사용할 수 있는 고효율의 열전 소자의 개발이 필요하다.
열전소자의 열전 효율을 나타내는 지수는 ZT(Figure of Merit)값이다. 상기 ZT 값은 제베크 계수(Seebeck Coefficient)의 제곱 및 전기전도도(Electric Conductivity)에 비례하고, 열전도도(Thermal Conductivity)에 반비례한다. 일반적인 물질의 전기전도도와 열전도도는 비례관계에 있기 때문에, ZT 값의 향상이 매우 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 향상된 열전 효율을 가지는 열전 소자의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 열전 소자가 적용된 열전 발전기의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자는 제1 말단부, 상기 제1 말단부와 이격하여 배치되는 제2 말단부, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부 사이에 제공되고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부를 연결하는 제1 레그, 상기 제1 레그와 대향하고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부 사이에 제공되고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부를 연결하는 제2 레그를 포함하되, 상기 제1 및 제2 레그들 각각은 일측면, 및 상기 일측면의 반대인 타측면을 가지고, 상기 일측면과 상기 타측면은 서로 다른 표면 거칠기를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 일측면들은 서로 마주보고, 상기 타측면보다 매끄러운 표면을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 타측면들은 요철을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 레그들은 나노 와이어일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 레그들은 그래핀일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 레그와 상기 제2 레그 사이 간격은 1nm 이상 1μm 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노 와이어는 Bi, Te, Sb, Si, Ge, C, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노 와이어는 선택적으로 N, P, As, 및 Sb 중 하나가 도핑되고, n형의 도전성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 나노 와이어는 선택적으로 B, Al, Ga 및 In 중 하나가 도핑되고, p형의 도전성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 레그는 동일한 도전성을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 말단부들은 제1 및 제2 레그들과 동일 물질을 포함할 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 말단부들은 제1 및 제2 레그들과 다른 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자가 적용된 열전 발전기는 서로 인접하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극과 이격하여 배치되는 공통 전극, 상기 제1 전극과 상기 공통 전극 사이에 제공되고, 상기 제1 전극과 상기 공통 전극을 연결하는 제1 열전 소자, 상기 제2 전극과 상기 공통 전극 사이에 제공되고, 상기 제2 전극과 상기 공통 전극을 연결하는 제2 열전 소자를 포함하되, 상기 제1 및 제2 열전 소자들 각각은 제1 말단부, 상기 제1 말단부와 이격하여 배치되는 제2 말단부, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부 사이에 제공되고, 상기 제2 말단부를 연결하는 제2 레그를 포함하되, 상기 제1 및 제2 레그들 각각은 일측면, 및 상기 일측면의 반대인 타측면을 가지고, 상기 일측면과 상기 타측면은 서로 다른 표면 거칠기를 가질 수 있다.
상기 열전 발전기의 상기 일측면들은 서로 마주보고, 상기 타측면보다 매끄러운 표면을 가질 수 있다.
상기 열전 발전기의 상기 제1 열전 소자는 n형의 도전성을 가지고, 상기 제2 열전 소자는 p형의 도전성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 열전 발전기는 서로 인접하는 제1 전극 및 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극과 이격하여 배치되는 공통 전극, 상기 공통 전극과 제1 전극 사이에 제공되고, 상기 공통 전극과 상기 제1 전극을 연결하는 제1 레그, 상기 제1 레그와 평행하고, 상기 공통 전극과 제2 전극 사이에 제공되고, 상기 공통 전극과 제2 전극을 연결하는 제2 레그를 포함하되, 상기 제1 및 제2 레그들 각각은 일측면, 및 상기 일측면의 반대인 타측면을 가지고, 상기 일측면과 타측면은 서로 다른 표면 거칠기를 가질 수 있다.
상기 열전 발전기의 상기 타측면들은 서로 마주보고, 상기 일측면보다 거친 표면을 가질 수 있다.
상기 열전 발전기의 상기 제1 레그는 n형의 나노 와이어이고, 제2 레그는 p형의 나노 와이어를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열전 소자에 사용되는 나노선의 일측면은 거칠고, 다른 측면은 매끄럽다. 나노선의 일측면을 거칠게 함으로써, 포논을 산란시켜 열전도도가 감소될 수 있다. 나노선을 통하여 흐르는 전류에 따른 자기장에 의해서, 나노선을 통하여 흐르는 전자 이동 경로는 포논의 이동 경로와 다를 수 있다. 나노선의 매끄러운 다른 측면이 전자의 이동 경로가 된다. 이에 따라 열전도도는 낮추고 전기전도도는 향상시켜 열전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 요철의 제1 변형례이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 요철의 제2 변형례이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 레그들의 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 포논의 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 전자의 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자가 적용된 열전 발전기의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 발전기의 단면도이다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 각각의 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되게 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따르면 열전 소자의 전기전도도는 물질의 고유특성에 따라 지속되고, 그의 열전도도는 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 요철의 제1 변형례이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 요철의 제2 변형례이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 레그들의 단면도들이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자(10)는 제1 말단부(11), 제1 레그(13), 상기 제1 레그(13)와 대향하는 제2 레그(16), 및 제2 말단부(12)를 포함할 수 있다.
상기 제2 말단부(12)는 고온부이고, 상기 제1 말단부(11)는 저온부일 수 있다. 상기 제1 및 제2 말단부들(11, 12)은 Bi, Te, Sb, Si, Ge, C, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나 이상의 원소를 주 원소로 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)에 의하여, 상기 제1 말단부(11)는 상기 제2 말단부(12)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1 말단부(11)와 상기 제2 말단부(12) 사이에 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)이 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 제2 말단부(12)는 외부로부터 열을 흡수하고, 이 열은 제1 및 제2 레그들(13, 16)을 통과하여 제1 말단부(11)를 통하여 외부로 빠져나갈 수 있다. 상기 제1 레그(13)는 상기 제2 레그(16)와 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 레그(13)는 상기 제2 레그(16)와 1nm 내지 1μm 만큼 이격될 수 있다.
상기 제1 레그(13)는 제1 일측면(14)과 제1 타측면(15)을 포함할 수 있다. 상기 제1 일측면(14)의 반대면은 상기 제1 타측면(15)일 수 있다. 상기 제1 일측면(14)은 매끈한 표면을 가질 수 있고, 상기 제1 타측면(15)은 요철을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 타측면(15)이 상기 제1 일측면(14)보다 거칠다. 상기 제2 레그(16)는 제2 일측면(17)과 제2 타측면(18)을 포함할 수 있다. 상기 제2 일측면(17)의 반대면은 제2 타측면(18)일 수 있다. 상기 제2 일측면(17)은 매끈한 표면을 가질 수 있고, 상기 제2 타측면(18)은 요철을 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 타측면(18)이 상기 제2 일측면(17)보다 거칠다. 상기 제1 일측면(14)은 상기 제2 일측면(17)과 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 제1 타측면(15)과 상기 제2 타측면(18)의 요철은 삼각톱니 또는 사각톱니 모양일 수 있다. 상기 제1 타측면(15)과 상기 제2 타측면(18)의 요철의 최대 높이는 1nm 내지 1μm 일 수 있다.
상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)은 열전 특성을 가지는 나노 구조체일 수 있다. 상기 나노 구조체는 1차원 또는 2차원 나노 구조체일 수 있다. 상기 1차원 나노 구조체는 나노 와이어일 수 있고, 상기 2차원 나노 구조체는 그래핀일 수 있다.
도 4를 참고하면, 상기 나노 와이어의 단면은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 및 육각형 중 하나일 수 있다. 상기 나노 와이어는 n형 또는 p형의 도전성을 가질 수 있다. 상기 나노 와이어는 Bi, Te, Sb, Si, Ge, C, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나 이상의 원소를 주원소로 포함할 수 있다. 상기 나노 와이어에 5족 원소를 선택적으로 도핑하면 n형의 도전성을 가질 수 있다. 상기 나노 와이어에 3족 원소를 선택적으로 도핑하면 p형의 도전성을 가질 수 있다. 5족 원소는 N, P, As, 및 Sb이 있고, 3족 원소는 B, Al, Ga, 및 In이 있다. 상기 나노 와이어의 선폭은 1nm 내지 5μm 일 수 있다. 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)과 상기 제1 및 제2 말단부들(11, 12)은 모두 동일한 도전성을 가질 수 있다.
상기 제1 말단부(11), 제1 및 제2 레그들(13, 16), 및 제2 말단부(12)는 동일한 기판(미도시)에 홈을 형성하고, 열전 물질로 상기 홈을 채워 형성될 수 있다. 상기 기판은 실리콘 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, SOI(silicon on insulator) 기판, 또는 이들의 결합에 의한 적층 기판일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 포논의 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 5를 참고하면, 상기 제2 말단부(12)를 통하여 흡수된 열은 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)을 통하여 상기 제1 말단부(11)로 방출된다. 상기 제1 레그(13)의 제1 타측면(15)과 상기 제2 레그(16)의 제2 타측면(18)은 요철을 가질 수 있다. 열전도도와 관련된 포논(P)은 상기 제1 및 제2 타측면들(15, 18)의 요철로 인하여 산란될 수 있다. 상기 포논(P)의 산란에 의하여 상기 레그들의 열전도도가 낮아진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 전류의 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 6을 참고하면, 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)을 흐르는 전류의 방향은 동일하다. 상기 열전 소자 내부의 화살표는 전류(I)를 나타낸다. 구체적으로 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)이 n형의 도전성을 가지는 경우, 전류(I)는 상기 제1 말단부(11)로부터 상기 제2 말단부(12)로 흐른다. 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)이 p형의 도전성을 가지는 경우, 전류는 상기 제2 말단부(12)로부터 상기 제1 말단부(11)로 흐른다. 비오-사바르 법칙(Biot-Savart Law)에 따라서, 전류의 흐름으로 자기장이 형성될 수 있다. 상기 자기장은 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16) 주위에 형성될 수 있다. 비오-사바르 법칙(Biot-Savart Law)에 따라서, 평행하는 두 직선도선들의 전류방향이 같으면 인력이 작용한다. 따라서 상기 제 1 및 제2 레그들(13, 16)을 통과하는 전자들은 서로 인력을 받는다. 상기 인력에 의한 전자들의 경로는 서로 마주보는 상기 제1 및 제2 일측면들(14, 17)일 수 있다. 상기 제1 및 제2 일측면들(14, 17)은 매끄러운 표면을 가지므로, 전자의 산란이 적을 수 있다. 따라서 열전 소자의 전기전도도가 감소되지 않는다.
도 7는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 소자가 적용된 열전 발전기의 단면도이다.
도 7를 참고하면, 상기 열전 발전기는 제1 전극(30), 제2 전극(40), 제1 열전 소자(10), 제2 열전 소자(20), 및 공통 전극(50)을 포함할 수 있다. 상기 열전 발전기 내부의 화살표는 전류(I)의 진행방향을 나타낸다.
상기 제1 전극(30)상에 상기 제1 열전 소자(10)가 제공될 수 있다. 상기 제2 전극(40)상에 상기 제2 열전 소자(20)가 제공될 수 있다. 상기 제1 및 제2 열전 소자들(10, 20)상에 상기 공통 전극(50)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극(30)과 상기 공통 전극(50) 사이에 상기 제1 열전 소자(10)이 형성되고, 제2 전극(40)과 공통 전극(50) 사이에 상기 제2 열전 소자(20)이 형성될 수 있다. 상기 공통 전극(50)은 외부로부터 열을 흡수하고, 이 열은 제1 및 제2 열전 소자들(10, 20)을 통과하여 제1 및 제2 전극들(30, 40)을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있다. 상기 공통 전극(50)에 열이 가해지면, 상기 제1 및 2 열전 소자들(10, 20)에 전위 차가 발생하여 전류가 흐를 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극들(30, 40)은 금속층 또는 금속 화합물층일 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극들(30, 40)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 탄소(C), 몰르브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극들(30, 40)은 불순물로 도핑된 반도체일 수 있다.
상기 제2 열전 소자(20)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 열전 소자(10)와 동일한 특성을 가지는 열전 소자이다. 상기 제1 열전 소자(10)는 n형의 도전성을 가질 수 있고, 상기 제2 열전 소자(20)는 p형의 도전성을 가질 수 있다.
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.
도 8를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자는 제1 전극(30), 제1 레그(13), 제2 레그(16), 및 공통 전극(50)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 소자는 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)이 전극들에 직접 연결된 구조를 가질 수 있다. 전술한 일 실시예의 제1 말단부(11)는 본 실시예의 상기 제1 전극(30)일 수 있고, 전술한 일 실시예의 제2 말단부(12)는 본 실시예의 상기 공통 전극(50)일 수 있다.
상기 제1 레그(13)은 제1 일측면(14)과 제1 타측면(15)을 포함할 수 있다. 상기 제1 일측면(14)의 반대면이 제1 타측면(15)일 수 있다. 상기 제2 레그(16)은 제2 일측면(17)과 제2 타측면(18)을 포함할 수 있다. 상기 제2 일측면(17)의 반대면이 제2 타측면(18)일 수 있다. 상기 제1 및 제2 일측면(14, 17)은 서로 마주보는 매끄러운 면일 수 있다. 상기 제1 및 제2 타측면들(15, 18)은 상기 제1 및 2 일측면들(14, 17)보다 표면이 거칠 수 있다.
상기 제1 전극(30)과 상기 공통 전극(50)은 금속층 또는 금속 화합물층일 수 있다. 상기 제1 전극(30)과 상기 공통 전극(50)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 탄소(C), 몰르브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 아연(Zn), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(30)과 상기 공통 전극(50)은 불순물로 도핑된 반도체 전극일 수 있다. 상기 공통 전극(50)은 열흡수층으로 작용할 수 있다. 상기 제1 전극(30)은 열방출층으로 작용할 수 있다. 구체적으로 상기 공통 전극(50)은 외부로부터 열을 흡수하고, 이 열은 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)을 통과하여 상기 제1 전극(30)을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있다.
상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 소자의 제1 및 2 레그들과 동일한 특성을 가진다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 발전기의 단면도이다.
도 9를 참고하면, 상기 열전 발전기는 제1 전극(30), 제2 전극(40), 제1 레그(13), 제2 레그(16), 공통 전극(50)을 포함할 수 있다. 상기 제1 레그(13)는 제1 일측면(14)과 제1 타측면(15)을 포함할 수 있다. 상기 제1 일측면(14)의 반대면은 제1 타측면(15)일 수 있다. 상기 제2 레그(16)는 제2 일측면(17)과 제2 타측면(18)을 포함할 수 있다. 상기 제2 일측면(17)의 반대면은 제2 타측면(18)일 수 있다. 상기 제1 및 제2 타측면들(15, 18)은 상기 제1 및 제2 일측면들(14, 17)보다 거칠 수 있다. 상기 제1 및 제2 타측면들(15, 18)은 서로 마주볼 수 있다. 상기 제1 레그(13)와 상기 제2 레그(16)는 평행할 수 있다.
상기 제1 레그(13)와 상기 제2 레그(16)는 서로 다른 도전성을 가질 수 있다. 상기 제1 레그(13)는 n형의 나노 와이어일 수 있다. 상기 제2 레그(16)는 p형의 나노 와이어일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 레그(13)의 전류(I)는 상기 제1 전극(30)에서 상기 공통 전극(50)으로 흐르고, 상기 제2 레그(16)의 전류(I)는 상기 공통 전극(50)에서 상기 제2 전극(40)으로 흐른다. 비오-사바르 법칙(Biot-Savart Law)에 따라서, 평행하는 두 직선도선들의 전류방향이 다르면 척력이 작용한다. 따라서 상기 제1 및 2 레그들(13, 16)을 통과하는 전자들은 서로 척력을 받는다. 상기 척력에 의한 전자들의 경로는 상기 제1 및 제2 일측면들(14, 17)일 수 있다. 상기 공통 전극(50)은 열흡수층으로 작용할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극들(30, 40)은 열방출층으로 작용할 수 있다. 구체적으로 상기 공통 전극(50)은 외부로부터 열을 흡수하고, 이 열은 제1 및 제2 레그들(13, 16)을 통과하여 제1 및 제2 전극(30, 40)을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있다. 상기 공통 전극(50)에 열이 가해지면, 상기 제1 및 제2 레그들(13, 16)에 전위차가 발생하여 전류가 흐를 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명은 실시예에 국한되는 것이 아니다.
10: 제1 열전 소자 11: 제1 말단부
12: 제2 말단부 13: 제1 레그
14: 제1 일측면 15: 제1 타측면
16: 제2 레그 17: 제2 일측면
18: 제2 타측면 20: 제2 열전 소자
30: 제1 전극 40: 제2 전극
50: 공통 전극
I: 전류 P: 포논

Claims (18)

  1. 제1 말단부;
    상기 제1 말단부와 이격하여 배치되는 제2 말단부;
    상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부 사이에 제공되고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부를 연결하는 제1 레그;
    상기 제1 레그와 대향하고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부 사이에 제공되고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부를 연결하는 제2 레그를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 레그들 각각은 일측면, 및 상기 일측면의 반대인 타측면을 가지고, 상기 일측면과 상기 타측면은 서로 다른 표면 거칠기를 갖는 열전 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 일측면들은 서로 마주보고, 상기 타측면보다 매끄러운 표면을 갖는 열전 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 타측면들은 요철을 갖는 열전 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 레그들은 나노 와이어인 열전 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 레그들은 그래핀인 열전 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 레그와 상기 제2 레그 사이 간격은 1nm 이상 1μm 이하인 열전 소자.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 Bi, Te, Sb, Si, Ge, C, Sn, 및 Pb 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 열전 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 선택적으로 N, P, As, 및 Sb 중 하나가 도핑되고, n형의 도전성을 가지는 열전 소자.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 선택적으로 B, Al, Ga 및 In 중 하나가 도핑되고, p형의 도전성을 가지는 열전 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 레그는 동일한 도전성을 가지는 열전 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 말단부들은 제1 및 제2 레그들과 동일 물질을 포함하는 열전 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 말단부들은 제1 및 제2 레그들과 다른 물질을 포함하는 열전 소자.
  13. 서로 인접하는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극들과 이격하여 배치되는 공통 전극;
    상기 제1 전극과 상기 공통 전극 사이에 제공되고, 상기 제1 전극과 상기 공통 전극을 연결하는 제1 열전 소자;
    상기 제2 전극과 상기 공통 전극 사이에 제공되고, 상기 제2 전극과 상기 공통 전극을 연결하는 제2 열전 소자를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 열전 소자들 각각은 제1 말단부;
    상기 제1 말단부와 이격하여 배치되는 제2 말단부;
    상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부 사이에 제공되고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부를 연결하는 제1 레그;
    상기 제1 레그와 대향하고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부 사이에 제공되고, 상기 제1 말단부와 상기 제2 말단부를 연결하는 제2 레그를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 레그들 각각은 일측면, 및 상기 일측면의 반대인 타측면을 가지고, 상기 일측면과 상기 타측면은 서로 다른 표면 거칠기를 갖는 열전 발전기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 일측면들은 서로 마주보고, 상기 타측면보다 매끄러운 표면을 갖는 열전 발전기.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제1 열전 소자는 n형의 도전성을 가지고, 상기 제2 열전 소자는 p형의 도전성을 가지는 열전 발전기.
  16. 서로 인접하는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극들과 이격하여 배치되는 공통 전극;
    상기 공통 전극과 제1 전극 사이에 제공되고, 상기 공통 전극과 상기 제1 전극을 연결하는 제1 레그;
    상기 제1 레그와 평행하고, 상기 공통 전극과 제2 전극 사이에 제공되고, 상기 공통 전극과 제2 전극을 연결하는 제2 레그를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 레그들 각각은 일측면, 및 상기 일측면의 반대인 타측면을 가지고, 상기 일측면과 타측면은 서로 다른 표면 거칠기를 가지는 열전 발전기.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 타측면들은 서로 마주보고, 상기 일측면보다 거친 표면을 갖는 열전 발전기.
  18. 제 16항에 있어서,
    제1 레그는 n형의 나노 와이어이고, 제2 레그는 p형의 나노 와이어인 열전 발전기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200048964A (ko) * 2018-10-31 2020-05-08 포항공과대학교 산학협력단 스캘럽 구조를 가지는 수직 나노선 어레이를 포함하는 열전소자 및 이의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9543440B2 (en) * 2014-06-20 2017-01-10 International Business Machines Corporation High density vertical nanowire stack for field effect transistor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110016289A (ko) * 2009-08-11 2011-02-17 고양미 탄소나노판 복합체 제조방법
KR20110064702A (ko) * 2009-12-08 2011-06-15 삼성전자주식회사 요철 구조를 지닌 코어-쉘 나노 와이어 및 이를 이용한 열전 소자
KR20110091921A (ko) * 2010-02-08 2011-08-17 한국전자통신연구원 열전 어레이

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6605772B2 (en) 1999-08-27 2003-08-12 Massachusetts Institute Of Technology Nanostructured thermoelectric materials and devices
US20080178921A1 (en) * 2006-08-23 2008-07-31 Qi Laura Ye Thermoelectric nanowire composites
US8267983B2 (en) * 2007-01-11 2012-09-18 Scion Neurostim, Llc. Medical devices incorporating thermoelectric transducer and controller
WO2009014985A2 (en) 2007-07-20 2009-01-29 California Institute Of Technology Methods and devices for controlling thermal conductivity and thermoelectric power of semiconductor nanowires
EP2182558B1 (en) * 2007-07-25 2014-05-21 Kyocera Corporation Thermoelectric element, thermoelectric module, and method for manufacturing thermoelectric element
US9673371B2 (en) * 2008-08-11 2017-06-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Anisotropically elongated thermoelectric material, process for preparing the same, and device comprising the material
TW201042789A (en) * 2009-04-02 2010-12-01 Basf Se Thermoelectric material coated with a protective layer
US9082928B2 (en) * 2010-12-09 2015-07-14 Brian Isaac Ashkenazi Next generation thermoelectric device designs and methods of using same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110016289A (ko) * 2009-08-11 2011-02-17 고양미 탄소나노판 복합체 제조방법
KR20110064702A (ko) * 2009-12-08 2011-06-15 삼성전자주식회사 요철 구조를 지닌 코어-쉘 나노 와이어 및 이를 이용한 열전 소자
KR20110091921A (ko) * 2010-02-08 2011-08-17 한국전자통신연구원 열전 어레이

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200048964A (ko) * 2018-10-31 2020-05-08 포항공과대학교 산학협력단 스캘럽 구조를 가지는 수직 나노선 어레이를 포함하는 열전소자 및 이의 제조방법

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