KR20170102300A - 벌크 테트라헤드라이트 재료를 위한 전기적 및 열적 접촉부 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
하나의 양태 하에서, 구조물은 테트라헤드라이트 기판; 이 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되어 배치되는 제 1 접촉 금속층; 및 제 1 접촉 금속층 상에 배치되는 제 2 접촉 금속층을 포함한다. 열전 디바이스는 이러한 구조물을 포함할 수 있다. 다른 양태 하에서, 방법은 테트라헤드라이트 기판을 제공하는 단계; 이 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되는 제 1 접촉 금속층을 배치하는 단계; 및 제 1 접촉 금속층 상에 제 2 접촉 금속층을 배치하는 단계를 포함한다. 열전 디바이스를 제조하는 방법은 이러한 방법을 포함할 수 있다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 다음의 출원의 이익을 주장하며, 각각의 출원의 전체 내용은 원용에 의해 본원에 포함된다.
"벌크 테트라헤드라이트를 위한 전기적 및 열적 접촉부"라는 명칭으로 2014년 12월 31일에 출원된 미국 가특허출원 번호 62/098,945; 및
"벌크 테트라헤드라이트 재료를 위한 전기적 및 열적 접촉부"라는 명칭으로 2015년 8월 24일에 출원된 미국 가특허출원 번호 62/208,954.
분야
본 출원은 테트라헤드라이트 재료에 관한 것이다. 하나의 실시례에서, 테트라헤드라이트 재료는 열전 디바이스에서 사용될 수 있다. 본 발명은 훨씬 더 넓은 적용 범위를 갖는다는 것을 알 수 있을 것이다.
테트라헤드라이트는 광물 산업에서 자연 발생 광물로서 오랫동안 알려져 왔으나, 최근에는 그 열전 특성에 대해, 예를 들면, P형 열전 재료로서의 용도에 대해 높이 평가된 재료이다. 본 기술분야에 공지되어 있는 예시적 테트라헤드라이트 재료는 화학식 (Cu,Ag)12-xMx(Sb,As,Te)4(S,Se)13의 화합물을 포함하며, 여기서 M은 천이 금속, 또는 천이 금속들의 적절한 조합이고, x는 0 내지 2이다. 테트라헤드라이트 재료에 이용하는 예시적 천이 금속은 Zn, Fe, Mn, Hg, Co, Cd, 및 Ni 중 하나 이상의 임의의 적절한 조합, 예를 들면, Zn과 Ni의 조합을 포함한다.
예시적 테트라헤드라이트 재료 및 이러한 재료를 제조하는 예시적 방법에 대한 추가의 세부사항에 대해서는 다음의 참조문헌이 참조되며, 이 참조문헌의 전체 내용은 원용에 의해 본원에 포함된다.
국제 공개 번호 WO 2014/008414, 2014년 1월 9일 공개, 명칭: "열전 디바이스용 테트라헤드라이트 구조물에 기초한 열전 재료";
국제 공개 번호 WO 2015/003157, 2015년 1월 8일 공개, 명칭:
"열전 디바이스용 테트라헤드라이트 구조물에 기초한 열전 재료";
루(Lu) 등, "천연 광물 테트라헤드라이트에 기초한 토양-풍부 화합물의 고성능 열전기", Advanced Energy Materials 3: 342-348 (2013);
루(Lu) 등, "열전 재료의 직접 공급원으로서의 천연 광물 테트라헤드라이트", Physical Chemistry Chemical Physics 15: 5762-5766 (2013); 및
루(Lu) 등, "니켈 및 아연으로 코도핑(co-doping)함으로써 테트라헤드라이트의 열전 성능지수를 증가시키기", Chemistry of Materials 27: 408-413 (2015).
본 출원은 테트라헤드라이트 재료에 관한 것이다. 하나의 실시례에서, 테트라헤드라이트 재료는 열전 디바이스에서 사용될 수 있다. 본 발명은 훨씬 더 넓은 적용 범위를 갖는다는 것을 알 수 있을 것이다.
하나의 양태 하에서, 구조물은 테트라헤드라이트 기판; 이 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되어 배치되는 제 1 접촉 금속층; 및 제 1 접촉 금속층 상에 배치되는 제 2 접촉 금속층을 포함한다.
일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 안정한 내화 금속 질화물, 및 안정한 내화 금속 탄화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다. 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 안정한 내화 금속 질화물은 TiN 및 TaN로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 안정한 내화 금속 탄화물은 TiC 및 WC로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 안정한 황화물은 La2S3을 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 제 2 접촉 금속층은 귀금속을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 접촉 금속층은 Au, Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 구조물은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 배치되는 확산 장벽 금속층을 더 포함한다. 확산 장벽 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, 안정한 질화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 및 Ti 또는 W와 합금된 안정한 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 확산 장벽 금속층은 TiB2, Ni, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층은 교번층(alternating layer)으로 증착될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 구조물은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈(braze) 또는 솔더(solder)를 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, Mo, CrNi, 및 TaN로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
제 2 접촉 금속층은 Au, Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 구조물은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 배치되는 확산 장벽 금속층을 더 포함한다. 확산 장벽 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, TaN, CrNi, 및 Mo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 구조물은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층은 TiW, TiB2, Y, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe이다.
일부의 실시형태에서, 제 2 접촉 금속층은 Ni, Ag, 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 구조물은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 배치되는 확산 장벽 금속층을 더 포함한다. 확산 장벽 금속층은 Ni, Ti, 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 구조물은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 포함할 수 있다.
다른 양태 하에서, 열전 디바이스는 이러한 구조물 중 임의의 것을 포함한다.
다른 양태 하에서, 방법은 테트라헤드라이트 기판을 제공하는 단계; 이 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되는 제 1 접촉 금속층을 배치하는 단계; 및 제 1 접촉 금속층 상에 제 2 접촉 금속층을 배치하는 단계를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층 및 제 2 접촉 금속층 중 적어도 하나는 물리적 증착 또는 화학적 증착을 이용하여 배치된다. 물리적 증착은 스퍼터링(sputtering) 또는 캐소드 아크(cathodic arc) 물리적 증착을 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 상기 제공하는 단계 및 배치하는 단계는 분말 형태의 상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층을 테트라헤드라이트 분말과 함께 공소결(co-sintering)하는 단계를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 상기 제공하는 단계 및 배치하는 단계는 상기 제 1 접촉 금속층의 얇은 포일과 상기 제 2 접촉 금속층의 얇은 포일을 테트라헤드라이트 분말과 함께 공소결하는 단계를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 안정한 내화 금속 질화물, 및 안정한 내화 금속 탄화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다. 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 안정한 내화 금속 질화물은 TiN 및 TaN로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 안정한 내화 금속 탄화물은 TiC 및 WC로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 안정한 황화물은 La2S3을 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 제 2 접촉 금속층은 귀금속을 포함한다. 일부의 실시형태에서, 제 2 접촉 금속층은 Au, Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 본 방법은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함한다. 일부의 실시형태에서, 확산 장벽 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, 안정한 질화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 및 Ti 또는 W와 합금된 안정한 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다. 일부의 실시형태에서, 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 확산 장벽 금속층은 TiB2, Ni, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 본 방법은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함한다.
일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, Mo, CrNi, 및 TaN로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 제 2 접촉 금속층은 Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 본 방법은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함한다.
일부의 실시형태에서, 확산 장벽 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, TaN, CrNi, 및 Mo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 본 방법은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함한다.
일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층은 TiW, TiB2, Y, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe이다.
일부의 실시형태에서, 제 2 접촉 금속층은 Ni, Ag, 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.
일부의 실시형태에서, 본 방법은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함한다. 확산 장벽 금속층은 Ni, Ti, 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 본 방법은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함한다.
다른 양태 하에서, 열전 디바이스를 제조하는 방법은 이러한 방법 중 임의의 것을 포함한다.
도 1a는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 다른 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 1c는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 다른 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 구조물을 포함하는 예시적 열전 디바이스의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 구조물을 형성하는 예시적 방법의 단계의 흐름도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 다른 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 1c는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 다른 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 구조물을 포함하는 예시적 열전 디바이스의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 구조물을 형성하는 예시적 방법의 단계의 흐름도를 도시한다.
본 출원은 테트라헤드라이트 재료에 관한 것이다. 하나의 실시례에서, 테트라헤드라이트 재료는 열전 디바이스에서 사용될 수 있다. 본 발명은 훨씬 더 넓은 적용 범위를 갖는다는 것을 알 수 있을 것이다.
테트라헤드라이트는 광물 산업에서 자연 발생 광물로서 오랫동안 알려져 왔으나, 최근에는 그 열전 특성에 대해 높이 평가된 재료이다. 이 재료는 최근에야 비로서 열전 재료로서 사용되었으므로, 이전의 모든 연구는 그 열전 특성을 향상시키는 것에 집중되었으며, 본 발명 이전에는 테트라헤드라이트에 대한 전기적 및 열적 접촉을 수행하는 것에 대한 연구가 전혀 수행되지 않았다고 생각된다. 본 발명 이전에는 테트라헤드라이트가 전기적으로 연결될 수 없거나 및/또는 수 시간을 초과하는 동안 작동 온도로의 가열을 견디지 못하므로 실제로 열전 시스템에서 테트라헤드라이트를 사용하는 불가능하다고 생각된다. 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시형태는 장시간 동안 작동 온도에서도 테트라헤드라이트에의 전기적 및 열적 접촉을 용이하게 하거나 또는 가능하게 하여 테트라헤드라이트를 상업적으로 존립가능하게 만든다.
대부분의 금속은 여러 문제들 중 하나 이상으로 인해 테트라헤드라이트와 접촉될 수 없으므로 테트라헤드라이트에 대한 전기적 접촉을 실시하는 것은 명확하지 않을 것으로 생각된다. 어떤 이론에도 구속되기를 바라지 않고, 하나의 예시적 실패 모드에서, 특정 금속은 테트라헤드라이트와 반응하여 재료 내로 사라져서 원하지 않는 상을 형성함으로써 열전 특성을 파쇠하는 것으로 생각된다. 어떤 이론에도 구속되기를 바라지 않고, 다른 예시적 실패 모드에서, 특정 금속은 테트라헤드라이트 중의 황 또는 안티모니와 반응하여 테트라헤드라이트의 황 또는 안티모니 결핍 영역 뿐만 아니라 금속 황화물 층 또는 금속 안티모니화물 층을 형성하는 것으로 생각된다. 어떤 이론에도 구속되기를 바라지 않고, 특정 금속 황화물 또는 특정 금속 안티모니화물 층은 조성 및/또는 상을 제어하는 것 및 전도성 황화물 또는 안티모니화물을 달성하는 것이 어려울 수 있으므로 대부분의 경우 비전도성이고, 또한 황화물 및 안티모니화물은 일관되게 백변성(chalky) 및/또는 취성을 가질 가능성이 있고, 및/또는 스케일링(scaling) 및/또는 박편화(flaking)를 유발할 수 있으므로 접착 문제를 유발할 수 있기 때문에 특정 금속 황화물 또는 특정 금속 안티모니화물 층은 유해한 것으로 생각된다. 어떤 이론에도 구속되기를 바라지 않고, 제 3 예시적 실패 모드에서, 특정 금속층은 테트라헤드라이트 표면에 부착되지 않는 것으로 생각된다. 어떤 이론에도 구속되기를 바라지 않고, 이들 3 가지 실패 모드의 임의의 조합 및 이들 실패에 굴복할 수 있는 금속의 예측의 곤란함으로 인해, 제 1 접촉 금속층을 선택하는 것은 명백하지 않는 것으로 생각된다.
본 발명의 예시적 용도 또는 목적은 재료와 패키지 또는 커넥터(분로(shunt)) 사이의 열전(TE) 재료(테트라헤드라이트 재료)에 대한 전기적(오믹(ohmic)), 열적, 및 기계적/금속학적 연결이 달성될 수 있도록 테트라헤드라이트 재료와의 접촉을 생성하는 것 뿐만 아니라 테트라헤드라이트가 솔더 또는 브래이즈 또는 접합 재료 또는 커넥터(분로) 재료 내의 원소와 반응하는 것을 억제 또는 방지하는 확산 장벽을 생성하는 것이다.
본 발명의 다른 예시적 용도 또는 목적은 재료에 대한 전기적 및 열적 연결이 달성될 수 있도록 테트라헤드라이트 재료와 오믹(예를 들면, 저저항 오믹) 접촉 및 열적 접촉을 생성하는 것 뿐만 아니라 테트라헤드라이트가 솔더 또는 브래이즈 또는 커넥터(분로) 재료 내의 원소와 반응하는 것을 억제 또는 방지하는 확산 장벽을 생성하는 것이고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그리고 경우에 따라 중요하게도, 다른 예시적 용도 또는 목적은 전기적 또는 열적 계면 저항의 변화 없이 장기간의 고온 작동을 가능하게 하는 것이다.
일부의 실시형태에서, 본 발명은 테트라헤드라이트의 금속화를 위한 방법을 특정하고, 예를 들면, 선택적으로 고온에서 장시간에 걸쳐 열전 재료로서 테트라헤드라이트의 사용을 가능하게 한다. 테트라헤드라이트의 금속화 또는 금속화된 테트라헤드라이트라고 함은 테트라헤드라이트와 안정한 열적 접촉 및 전기적 접촉을 제공하기 위해 금속을 포함한 하나 이상의 층이 테트라헤드라이트 상에 배치되는 것을 의미한다. 어떤 이론에도 구속되기를 바라지 않고, 본 발명의 실시형태가 없으면 재료에 대한 전기적 및 열적 접촉이 불충분하므로, 예를 들면, 불충분하고 시간이 경과함에 따라 상당히 열화될 것이므로 테트라헤드라이트는 (예를 들면, 열전 재료로서) 상업적으로 유용하지 않을 것으로 생각된다. (본 발명의 테트라헤드라이트 금속화의 구현없는) 관련된 디바이스의 전력 및 효율은 최소이거나 불충분하고, 및/또는 시간이 경과함에 따라 열화될 것으로 생각된다.
본 발명의 일부의 실시형태는 다중층 금속 구조물을 포함하거나 이것으로 구성되고, 이 다중층 금속 구조물 내에서 제 1 층은 테트라헤드라이트와 접촉하도록 설계되고, 선택적인 중간층은 확산 장벽의 역할을 하며, 제 2 층은 브래이즈/솔더 또는 기타 접합 재료와 접촉한다. 예를 들면, 도 1a는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 1a에 도시된 구조물(100)은 테트라헤드라이트 기판(101); 이 테트라헤드라이트 기판(101) 상에 직접 접촉되어 배치된 제 1 접촉 금속층(102); 선택적 확산 장벽 금속층(103); 및 제 1 접촉 금속층(102) 및 (만일 제공된다면) 선택적 확산 장벽 금속층(103) 상에 배치된 제 2 접촉 금속층(104)을 포함한다. 테트라헤드라이트 기판(101)은 100 nm 내지 10 mm, 또는 1 μm 내지 1 mm, 또는 100 μm 내지 5 mm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 제 1 접촉 금속층(102)은 10 nm 내지 10 μm, 또는 50 nm 내지 750 nm, 또는 300 nm 내지 600 nm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 선택적 확산 장벽 금속층(103)은 10 nm 내지 10 μm, 또는 50 nm 내지 750 nm, 또는 300 nm 내지 600 nm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 제 2 접촉 금속층(104)은 10 nm 내지 10 μm, 또는 50 nm 내지 750 nm, 또는 300 nm 내지 600 nm와 갖은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 테트라헤드라이트 기판(101)의 양면에 대한 전기적 접촉을 용이화하는 샌드위치형 구조물을 제공하기 위해, 유사한 배열의 제 1 접촉 금속층(102), 선택적 확산 장벽 금속층(103), 및 제 2 접촉 금속층(104)이 선택적으로 테트라헤드라이트 기판(101)의 다른 면 상에 배치될 수 있다. 도 1a 및 본 명세서에 제공된 다른 도면에서, 구조물, 테트라헤드라이트 기판, 및 다양한 층은 축척에 따라 도시되지 않았음에 유의해야 한다.
예시적으로, 일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층(102)은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, Mo, CrNi, 및 TaN로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 예를 들면, 본질적으로 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, Mo, CrNi, 또는 TaN이거나, 이것으로 구성된다. 예시적으로, 선택적 확산 장벽 금속층(103)은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 배치된다. 예시적으로, 확산 장벽 금속층(103)은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, TaN, CrNi, 및 Mo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 예를 들면, 본질적으로 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, TaN, CrNi, 또는 Mo이거나, 이것으로 구성된다. 예시적으로, 제 2 접촉 금속층(104)은 Ag, Au, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 예를 들면, 본질적으로 Ag 또는 Au 또는 Ni 또는 Ni/Au 또는 Ni/Ag 또는 Ni/Au 또는 Ni/Ag이거나, 이것으로 구성된다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층(102) 및 확산 장벽 금속층(103)은 도 1c를 참조하여 아래에서 기술되는 방식으로 교번층으로 증착된다. 예시적으로, 제 1 접촉 층(102) 및 장벽 층(103)은 모두 매우 얇고, 수십 또는 수백개의 층에 대해 교번층으로 증착된다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 1 접촉 층(102)는 또한 확산 장벽의 역할을 한다. 즉, 예를 들면, 도 1b를 참조하여 후술되는 방식으로 제 1 접촉 금속층(102)에 의해 확산 장벽 금속층(103)의 확산 장벽의 기능이 선택적으로 대신에 제공될 수 있다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 2 층(104)은 브래이즈/솔더 또는 다른 접합 재료와 접촉한다. 예를 들면, 구조물(100)은 제 2 접촉 금속층(104)과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더(도 1a에는 구체적으로 도시되지 않음)를 포함할 수 있거나, 이것과 접촉될 수 있다.
예시적으로, 일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층(102)은 TiW, TiB2, Y, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료이거나, 본질적으로 이 재료로 구성되거나, 이 재료를 포함하며, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe, 예를 들면, TiW, TiB2, MCrAlY(여기서, M은 Co, Ni, 또는 Fe임) 또는 Y이다. 예시적으로, 선택적 확산 장벽 금속층(103)은 제 1 접촉 금속층(102)과 제 2 접촉 금속층(104) 사이에 배치된다. 예시적으로, 확산 장벽 금속층(103)은 Ni, Ti, 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하며, 예를 들면, Ni, Ti, 또는 W이거나 본질적으로 이것으로 구성된다. 예시적으로, 제 2 접촉 금속층(104)은 Ni, Ag, 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하며, 예를 들면, Ni, Ag, 및/또는 Au이거나, 본질적으로 이것으로 구성된다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층(102) 및 확산 장벽 금속층(103)은 도 1c를 참조하여 아래에서 기술되는 방식으로 교번층으로 증착된다. 예시적으로, 제 1 접촉 층(102) 및 장벽 층(103)은 모두 매우 얇고, 여러 층 또는 수십 층에 대해 교번층으로 증착된 후에 제 2 접촉 층(104)을 추가한다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 1 접촉 층(102)는 또한 확산 장벽의 역할을 한다. 즉, 예를 들면, 도 1b를 참조하여 후술되는 방식으로 제 1 접촉 금속층(102)에 의해 확산 장벽 금속층(103)의 확산 장벽의 기능이 선택적으로 대신에 제공될 수 있다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 2 층(104)은 브래이즈/솔더 또는 다른 접합 재료와 접촉한다. 예를 들면, 구조물(100)은 제 2 접촉 금속층(104)과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더(도 1a에는 구체적으로 도시되지 않음)를 포함할 수 있거나, 이것과 접촉될 수 있다.
예시적으로, 일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층(102)은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 안정한 내화 금속 질화물, 및 안정한 내화 금속 탄화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하며, 예를 들면, 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 안정한 내화 금속 질화물, 또는 안정한 내화 금속 탄화물이거나 본질적으로 이것으로 구성된다. 예시적으로, 합금은 약 1-99 중량%, 또는 2-50 중량%, 또는 5-20 중량%의 범위의 Ti 또는 W을 가질 수 있다. 일부의 실시형태에서, 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 안정한 내화 금속 질화물은 TiN 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 안정한 내화 금속 탄화물은 TiC 및 WC으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 안정한 황화물은 La2S3를 포함한다. 선택적으로, 확산 장벽 금속층(103)은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 배치된다. 예시적으로, 확산 장벽 금속층(103)은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, 안정한 질화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 및 Ti 또는 W와 합금된 안정한 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, 안정한 질화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 또는 Ti 또는 W와 합금된 안정한 질화물이거나 본질적으로 이것으로 구성된다. 예시적으로, 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 예시적으로, 확산 장벽 금속층(103)은 TiB2, Ni, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료로 본질적으로 구성되거나 이들 재료를 포함하며, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe이다. 예시적으로, 제 2 접촉 금속층(104)은 귀금속을 포함하며, 예를 들면, 귀금속이거나 본질적으로 귀금속으로 구성된다. 귀금속은 일반적으로 습한 공기 중에서 부식 및 산화에 대해 저항성이 있는 것으로 여겨지며, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, 및 Au, 예를 들면, Au, Ag, Pd, 및 Pt를 포함한다. 일부의 실시형태에서, 제 2 접촉 금속층(104)은 Au, Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하며, 예를 들면, Au, Ag, Ni, Ni/Au, 또는 Ni/Ag이거나 본질적으로 이것으로 구성된다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층(102) 및 확산 장벽 금속층(103)은 도 1c를 참조하여 아래에서 기술되는 방식으로 교번층으로 증착된다. 예시적으로, 제 1 접촉 층(102) 및 장벽 층(103)은 모두 매우 얇고, 여러 층 또는 수십 층에 대해 교번층으로 증착된 후에 제 2 접촉 층(104)을 추가한다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 1 접촉 층(102)는 또한 확산 장벽의 역할을 한다. 즉, 예를 들면, 도 1b를 참조하여 후술되는 방식으로 제 1 접촉 금속층(102)에 의해 확산 장벽 금속층(103)의 확산 장벽의 기능이 선택적으로 대신에 제공될 수 있다. 다른 실시형태에서, 또는 임의의 이러한 재료 또는 다른 재료의 임의의 적절한 조합을 이용하는 임의의 실시형태에서, 제 2 층(104)은 브래이즈/솔더 또는 다른 접합 재료와 접촉한다. 예를 들면, 구조물(100)은 제 2 접촉 금속층(104)과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더(도 1a에는 구체적으로 도시되지 않음)를 포함할 수 있거나, 이것과 접촉될 수 있다.
다른 구성이 적절하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 제 1 접촉 금속층(102)은 선택적으로 확산 장벽으로 작용할 수 있다. 도 1b는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 다른 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 1b에 예시된 구조물(110)은 도 1a를 참조하여 본 명세서에 기술된 테트라헤드라이트 기판(101)과 유사하게 구성될 수 있는 테트라헤드라이트 기판(111); 테트라헤드라이트 기판(111) 상에 직접 접촉되어 배치된, 그리고 도 1a를 참조하여 본 명세서에 기술된 제 1 접촉 금속층(102)과 유사하게 구성될 수 있는 제 1 접촉 금속층(112); 제 1 접촉 금속층(112) 상에 직접 접촉되어 배치된, 그리고 도 1a를 참조하여 본 명세서에 기술된 제 2 접촉 금속층(104)과 유사하게 구성될 수 있는 제 2 접촉 금속층(114)을 포함한다. 테트라헤드라이트 기판(111)은 100 nm 내지 10 mm, 또는 1 μm 내지 1 mm, 또는 100 μm 내지 5 mm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 제 1 접촉 금속층(112)은 10 nm 내지 10 μm, 또는 50 nm 내지 750 nm, 또는 300 nm 내지 600 nm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 제 2 접촉 금속층(114)은 10 nm 내지 10 μm, 또는 50 nm 내지 750 nm, 또는 300 nm 내지 600 nm와 갖은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 테트라헤드라이트 기판(111)의 양면에 대한 전기적 접촉을 용이화하는 샌드위치형 구조물을 제공하기 위해, 유사한 배열의 제 1 접촉 금속층(112), 제 2 접촉 금속층(114)이 선택적으로 테트라헤드라이트 기판(111)의 다른 면 상에 배치될 수 있다.
다른 실시례에서, 전술한 바와 같이, 제 1 접촉 금속층(102) 및 확산 장벽 금속층(103)은 모두 매우 얇으며, 여러 층 또는 수십 층 또는 수백 층에 대해 교번층으로 증착된 후에 제 2 접촉 금속층(104)을 추가한다. 도 1c는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 다른 예시적 구조물의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 1c에 예시된 구조물(120)은 도 1a를 참조하여 본 명세서에 기술된 테트라헤드라이트 기판(101)와 유사하게 구성될 수 있는 테트라헤드라이트 기판(121); 테트라헤드라이트 기판(121) 상에 직접 접촉되어 배치된 다중층(125); 및 다중층(125) 상에 직접 접촉되어 배치된, 그리고 도 1a를 참조하여 본 명세서에 기술된 제 2 접촉 금속층(104)과 유사하게 구성될 수 있는 제 2 접촉 금속층(124)을 포함한다. 다중층(125)은 도 1a를 참조하여 본 명세서에 기술된 제 1 접촉 금속층(102)과 유사하게 구성될 수 있는 제 1 접촉 금속의 교번층 및 도 1a를 참조하여 본 명세서에 기술된 확산 장벽 금속층(103)과 유사하게 구성될 수 있는 확산 장벽 금속의 층을 포함할 수 있다. 테트라헤드라이트 기판(121)은 100 nm 내지 10 mm, 또는 1 μm 내지 1 mm, 또는 100 μm 내지 5 mm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 다중층(125)은 10 nm 내지 10 μm, 또는 50 nm 내지 750 nm, 또는 300 nm 내지 600 nm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 다중층(125) 내에서, 각각의 제 1 접촉 금속층은 1 nm 내지 100 nm, 또는 5 nm 내지 75 nm, 또는 30 nm 내지 60 nm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 다중층(125) 내에서, 각각의 확산 장벽 금속층은 1 nm 내지 100 nm, 또는 5 nm 내지 75 nm, 또는 30 nm 내지 60 nm와 같은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 제 2 접촉 금속층(124)은 10 nm 내지 10 μm, 또는 50 nm 내지 750 nm, 또는 300 nm 내지 600 nm와 갖은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 테트라헤드라이트 기판(121)의 양면에 대한 전기적 접촉을 용이화하는 샌드위치형 구조물을 제공하기 위해, 유사한 배열의 다중층(125), 제 2 접촉 금속층(124)이 선택적으로 테트라헤드라이트 기판(121)의 다른 면 상에 배치될 수 있다.
예를 들면, 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 위에서 기술된 바와 같이 본 명세서에 제공된 임의의 구조물은 열전 디바이스 내에 포함될 수 있다. 예를 들면, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 예시적 구조물을 포함하는 예시적 열전 디바이스의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 2a는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 명세서에서 기술된 바와 같은 금속화된 테트라헤드라이트 재료를 포함하는 구조물을 포함하는 예시적 열전 디바이스를 도시하는 단순화된 다이어그램이다. 열전 디바이스(20)는 제 1 전극(21), 제 2 전극(22), 제 3 전극(23), N형 열전 재료(24), 및 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 명세서에서 기술된 바와 같은 구조물을 가질 수 있는 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 구조물(25)을 포함한다. 테트라헤드라이트 기판의 제 1 면 상에 배치된 구조물(25)의 제 2 접촉 금속층은 브래이즈, 솔더, 또는 기타 접합 재료에 의해 제 1 전극(21)에 결합될 수 있고, 테트라헤드라이트 기판의 제 2 면 상에 배치된 구조물(25)의 다른 제 2 접촉 금속층은 브래이즈, 솔더, 또는 기타 접합 재료에 의해 제 3 전극(23)에 결합될 수 있다. N형 열전 재료(24)는 제 1 전극(21)과 제 2 전극(22) 사이에 배치될 수 있다. 구조물(25)은 제 1 전극(21)과 제 3 전극(23) 사이에 배치될 수 있다. 열전 재료(24)로서 사용하기에 적절한 예시적 열전 재료는 실리콘계 열전 재료, 납 텔루르화물(PbTe), 비스머스 텔루르화물(BiTe), 스쿠테루다이트, 클라스레이트, 규화물, 및 텔루륨-은-게르마늄-안티모니(TeAgGeSb, 또는 "TAGS")를 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다. N형 열전 재료(24)는 벌크 재료의 형태일 수 있거나, 대안적으로는 나노결정, 나노와이어, 또는 나노리본과 같은 나노구조물의 형태로 제공될 수 있다. 열전 디바이스 내에서 나노결정, 나노와이어, 및 나노리본의 사용은 공지되어 있다. 열전 재료로서 사용될 수 있는 저차원의 실리콘 재료(박막, 나노구조의 실리콘 분말, 메소다공질 입자 등), 실리콘 원료, 웨이퍼, 및 적어도 부분적으로 벌크 형태의 소결된 구조물을 포함한다. 하나의 비제한적 예시적 실시형태에서, 재료(24)는 원용에 의해 그 전체 내용이 본 명세서에 포함되는 라이펜베르그(Reifenberg) 등의 미국 특허 공개 번호 2014/0116491에 기재된 것과 유사한 방식으로 제조된 소결된 실리콘 나노와이어에 기초할 수 있다.
열전 디바이스(20)는 서로 다른 온도인 제 1 전극과 제 2 전극에 기초하여 N형 열전 재료(24)를 통해 제 1 전극(21)과 N형 열전 재료(24) 사이에 흐르는 전류를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 전극(21)은 N형 열전 재료(24), 구조물(25) 및 제 1 바디, 예를 들면, 열원(26)과 열적 접촉 및 전기적 접촉될 수 있다. 제 2 전극(22)은 N형 열전 재료(24) 및 제 2 바디, 예를 들면, 히트싱크(27)와 열적 접촉 및 전기적 접촉될 수 있다. 제 3 전극(23)은 구조물(25) 및 제 2 바디, 예를 들면, 히트싱크(27)와 열적 접촉 및 전기적 접촉될 수 있다. 따라서, N형 열전 재료(24) 및 구조물(25)은 서로 전기적으로 직렬로, 제 1 바디, 예를 들면, 열원(26)과 제 2 바디, 예를 들면, 히트싱크(27) 사이에서 열적으로 병렬로 구성될 수 있다. 열원(26) 및 히트싱크(27)는 열전 디바이스(20)의 일부인 것으로 간주될 수 있으나, 반드시 그런 것은 아니다.
N형 열전 재료(24)는 디바이스(20)의 N형 열전 레그(leg)를 제공하는 것으로 간주될 수 있고, 구조물(25)은 디바이스(20)의 P형 열전 레그를 제공하는 것으로 간주될 수 있다. 제 1 바디, 예를 들면, 열원(26)과 제 2 바디, 예를 들면, 히트싱크(27) 사이의 온도차 또는 온도 기울기에 응답하여, 전자(e-)는 제 1 N형 열전 재료(24)를 통해 제 1 전극(21)으로부터 제 2 전극(22)으로 흐르고, 정공(h+)은 구조물(25)을 통해 제 1 전극(21)으로부터 제 3 전극(23)으로 흐르므로 전류를 발생시킨다. 하나의 예시적 실시례에서, N형 열전 재료(24) 및 구조물(25)은 서로 전기적으로 연결되고, 제 1 전극(21)을 통해 제 1 바디(26), 예를 들면, 열원에 열적으로 연결된다. 열이 N형 열전 재료(24) 및 구조물(25)을 통해 병렬로 제 1 바디(26)로부터 제 2 바디(27), 예를 들면, 히트싱크로 흐름에 따라, 음의 전자는 N형 열전 재료(24)의 고온 단부로부터 저온 단부로 이동하고, 양의 정공은 구조물(25)의 고온 단부로부터 저온 단부로 이동한다. 전극(28 및 29) 사이의 전위 또는 전압은, N형 열전 재료(24)와 구조물(25)이 전기적으로 직렬로, 그리고 열적으로 병렬로 연결될 때, 온도 기울기의 각각의 재료 레그에 전류 흐름이 생성됨으로써 생성된다.
디바이스(20)에 의해 생성된 전류는 임의의 적절한 방식으로 이용될 수 있다. 예를 들면, 제 2 전극(22)은 적절한 연결부, 예를 들면, 전도체를 통해 애노드(28)에 결합될 수 있고, 제 3 전극(23)은 적절한 연결부, 예를 들면, 전도체를 통해 캐소드(29)에 결합될 수 있다. 애노드(28) 및 캐소드(29)는 임의의 적절한 전기 디바이스에 연결되어 이러한 디바이스에 전압 전위 또는 전류를 제공할 수 있다. 예시적 전기 디바이스는 배터리, 커패시터, 모터 등을 포함한다. 예를 들면, 도 2b는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 하나 이상의 등전자 불순물을 포함하는 실리콘계 열전 재료를 포함하는 대안적 열전 디바이스를 예시하는 단순화된 다이어그램이다. 도 2b에 예시된 디바이스(20')는 도 2a에 예시된 디바이스(20)와 유사하게 구성되었으나, 저항기(30)의 제 1 단자 및 제 2 단자에 각각 결합되는 대안적 애노드(28') 및 대안적 캐소드(29')를 포함한다. 저항기(30)는 자립형 디바이스일 수 있거나, 또는 애노드(28') 및 캐소드(29')가 결합될 수 있는 다른 전자 디바이스의 일부일 수 있다. 예시적 전기 디바이스는 배터리, 커패시터, 모터 등을 포함한다.
다른 유형의 열전 디바이스(20)는 본 발명의 금속화된 테트라헤드라이트 재료를 적절히 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 2c는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 명세서에서 기술된 바와 같은 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 구조물을 포함하는 다른 예시적 대안적 열전 디바이스를 도시하는 단순화된 다이어그램이다. 열전 디바이스(20")은 제 1 전극(21"), 제 2 전극(22"), 제 3 전극(23"), N형 열전 재료(24"), 및 구조물(25")을 포함한다. N형 열전 재료(24")는 제 1 전극(21")과 제 2 전극(22") 사이에 배치될 수 있고, 도 2a를 참조하여 위에서 설명한 바와 같은 재료를 포함한다. 테트라헤드라이트 기판의 제 1 면 상에 배치된 구조물(25")의 제 2 접촉 금속층은 브래이즈, 솔더, 또는 기타 접합 재료에 의해 제 1 전극(21")에 결합될 수 있고, 테트라헤드라이트 기판의 제 2 면 상에 배치된 구조물(25")의 다른 제 2 접촉 금속층은 브래이즈, 솔더, 또는 기타 접합 재료에 의해 제 3 전극(23")에 결합될 수 있다.
열전 디바이스(20")는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가된 전압에 기초하여 N형 열전 재료(24")를 통해 제 1 전극(21")으로부터 제 2 전극(22")으로 열을 펌핑하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 전극(21")은 N형 열전 재료(24"), 구조물(25"), 및 열이 펌핑 유출되는 제 1 바디(26")와 열적 접촉 및 전기적 접촉될 수 있다. 제 2 전극(22")은 N형 열전 재료(24"), 및 열이 펌핑 유입되는 제 2 바디(27")와 열적 접촉 및 전기적 접촉될 수 있다. 제 3 전극(23")은 구조물(25"), 및 열이 펌핑 유입되는 제 2 바디(27")와 열적 접촉 및 전기적 접촉될 수 있다. 따라서, N형 열전 재료(24") 및 구조물(25")은 전기적으로 서로 직렬로, 열이 펌핑 유출되는 제 1 바디(26")와 열이 펌핑 유입되는 제 2 바디(27") 사이에서 서로 병렬로 구성될 수 있다. 제 1 바디(26") 및 제 2 바디(27")는 열전 디바이스(20")의 일부인 것으로 간주될 수 있으나, 반드시 그런 것은 아니다.
도 2c에 예시된 예시적 실시형태에서, N형 열전 재료(24")는 디바이스(20")의 N형 열전 레그를 제공하는 것으로 간주될 수 있고, 구조물(25")은 디바이스(20")의 P형 열전 레그를 제공하는 것으로 간주될 수 있다. 제 2 전극(22")은 적절한 연결부, 예를 들면, 전도체를 통해 배터리 또는 기타 전력 공급장치(30")의 캐소드(28")에 결합될 수 있고, 제 3 전극(23")은 적절한 연결부, 예를 들면, 전기적 도체를 통해 배터리 또는 기타 전력 공급장치(30")의 애노드(29")에 결합될 수 있다. 제 2 전극(22")과 제 3 전극(23") 사이의 배터리 또는 기타 전력 공급장치(30")에 의해 인가된 전압에 응답하여, 전자(e-)는 N형 열전 재료(24")를 통해 제 1 전극(21")으로부터 제 2 전극(22")으로 흐르고, 정공(h+)은 구조물(25")을 통해 제 1 전극(21")으로부터 제 3 전극(23")으로 흘러서 제 1 바디(26")로부터 제 2 바디(27")로 열을 펌핑시킨다. 하나의 예시적 실시례에서, N형 열전 재료(24") 및 구조물(25")은 서로에 대해, 그리고 제 1 전극(21")을 통해 열이 펌핑 유출되는 제 1 바디(26")에 전기적으로 연결된다. 전류가 배터리 또는 기타 전력 공급장치(30")로부터 구조물(25")로부터 재료(24")로 흐르는 그리고 전기적으로 직렬이고, 열적으로 병렬인 커플 내로 주입됨에 따라, 재료(24")의 음의 전자 및 구조물(25")의 양의 정공은 대응하는 열전 재료의 일단부로부터 타단부로 이동한다. 열이 전자 및 정공의 이동 방향과 동일한 방향으로 펌핑되어 온도 기울기를 생성한다. 전류의 방향이 반전되면, 전자 및 정공의 방향과 열 펌핑의 방향도 반전된다. 제 1 바디(26")로부터 제 2 바디(27")로의 열의 펌핑은 제 1 바디(26")를 냉각시키기 위해 적절히 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 1 바디(26")는 컴퓨터 칩을 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 그리고 여기에서 더 강조되는 바와 같이, 도 2a 내지 도 2c는 단지 실시례이며, 이것이 청구항을 부당하게 제한해서는 안된다. 당업자는 많은 변형, 대안, 및 개조를 인식할 것이다. 예를 들면, 본 금속화된 테트라헤드라이트 재료는 임의의 적절한 열전 또는 비열전 디바이스에서 사용될 수 있다. 또한, 도 2a 내지 도 2c에 예시된 실시형태는 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 위에서 구체적으로 설명한 것과 다른 재료를 적절히 사용할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 명세서에서 설명한 것과 같은 구조물은 임의의 적절한 시퀀스 및 단계들의 조합을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 도 3은 본 발명의 일부의 실시형태에 따른 금속화된 테트라헤드라이트를 포함하는 구조물을 형성하는 예시적 방법의 단계의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 테트라헤드라이트 기판을 제공하는 단계(301)를 포함한다. 방법(300)은 또한 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되는 제 1 접촉 금속층을 배치하는 단계(302)를 포함한다. 방법(300)은 또한 상기 제 1 접촉 금속층 상에 제 2 접촉 금속층을 배치하는 단계(303)를 포함한다. 제 2 접촉 금속층은 제 1 접촉 금속층과 직접 접촉될 수 있으나, 반드시 그런 것은 아니다. 예를 들면, 제 2 접촉 금속층 선택적으로 제 1 접촉 금속층 상에 배치된 확산 장벽 금속층 상에 배치될 수 있다.
단계(301, 302, 303)는 임의의 적절한 순서로, 그리고 임의의 적절한 기술 및 재료의 조합을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 일부의 실시형태에서, 제 1 접촉 금속층 및 제 2 접촉 금속층 중 적어도 하나는 물리적 증착(PVD) 또는 화학적 증착(CVD)을 이용하여 배치되며, 즉 단계(302) 및 단계(303) 중 하나 또는 모두는 PVD 또는 CVD를 이용하여 제공된 테트라헤드라이트 기판 상에 제 1 접촉 금속층 및 제 2 접촉 금속층 중 하나 또는 모두를 배치하기 위해 이용될 수 있다. 테트라헤드라이트 기판을 제공하는 방법(301)은 본 기술분야에 공지되어 있다. 예시적으로, 물리적 증착은 스퍼터링 또는 캐소드 아크 물리적 증착을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 물리적 증착은 증발을 포함할 수 있다. 테트라헤드라이트 기판 상에 제 1 접촉 금속층 및 제 2 접촉 금속층 중 하나 또는 모두를 배치하는 다른 예시적 방법은 도금, 클래딩(cladding) 및 전기 증착을 포함하지만, 이것에 한정되지 않는다.
일부의 실시형태에서, 제공하는 단계(301) 및 배치하는 단계(302, 303)는 분말 형태의 제 1 접촉 금속층 및 제 2 접촉 금속층을 테트라헤드라이트 분말과 함께 공소결하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 이러한 접근 방법은 샌드위치 구조물의 중간에서 분말 형태의 상기 금속과 테트라헤드라이트 분말을 함께 공소결하는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우에 첨가제가 금속의 융점을 저하시키기 위해 금속 분말과 혼합될 수 있다. 예시적으로, 테트라헤드라이트의 분말 전구물질이 소결 다이 내에 장입될 수 있고, 다음에 제 1 접촉 금속층의 분말 전구물질 및 제 2 접촉 금속층의 분말 전구물질이 장입될 수 있다. 다음에 이 소결 다이에 펀치가 조립될 수 있고, 열 및/또는 하중이 다이에 가해져서 테트라헤드라이트, 제 1 접촉 금속층, 및 제 2 접촉 금속층을 포함하는 구조물을 형성할 수 있다. 선택적으로, 테트라헤드라이트의 분말 전구물질을 소결 다이 내에 장입하기 전에, 테트라헤드라이트 재료의 양면 상에 배치되는 제 1 접촉 금속층 및 제 2 접촉 금속층을 포함하는 구조물을 제공하기 위해 제 2 접촉 금속층의 분말 전구물질 및 이어서 제 1 접촉 금속층의 분말 전구물질이 소결 다이 내에 배치될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 상기 제공하는 단계(301) 및 배치하는 단계(302, 303)는 상기 제 1 접촉 금속층의 얇은 포일과 상기 제 2 접촉 금속층의 얇은 포일을 테트라헤드라이트 분말과 함께 공소결하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 비제한적 실시형태는 상기 금속의 얇은 포일을 중간의 테트라헤드라이트 분말과 함께 공소결하는 형태를 취할 수 있다. 예시적으로, 테트라헤드라이트의 분말 전구물질이 소결 다이 내에 장입될 수 있고, 다음에 제 1 접촉 금속층의 포일 및 제 2 접촉 금속층의 포일이 장입될 수 있다. 다음에 이 소결 다이에 펀치가 조립될 수 있고, 열 및/또는 하중이 다이에 가해져서 테트라헤드라이트, 제 1 접촉 금속층, 및 제 2 접촉 금속층을 포함하는 구조물을 형성할 수 있다. 선택적으로, 테트라헤드라이트의 분말 전구물질을 소결 다이 내에 장입하기 전에, 테트라헤드라이트 재료의 양면 상에 배치되는 제 1 접촉 금속층 및 제 2 접촉 금속층을 포함하는 구조물을 제공하기 위해 제 2 접촉 금속층의 포일 및 이어서 제 1 접촉 금속층의 포일이 소결 다이 내에 배치될 수 있다.
일부의 실시형태에서, 금속의 증착 이전에 금속 포일 및/또는 TE 재료(예를 들면, 테트라헤드라이트)의 표면 준비가 잠재적으로 중요하거나 중요한 요인일 수 있음에 주목한다. 예를 들면, 포일은 원하는 표면 거칠기를 달성하기 위해, 또는 산화물을 제거하기 위해, 또는 양자 모두를 위해 샌딩(sanding) 또는 폴리싱될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 포일은 접합 전에 오일을 용해시키기 위해 용매 중에서 헹굼되거나, 황화물의 산화물을 제거하기 위해 에칭될 수 있다. 일부의 실시형태, 또는 다른 실시형태에서, TE 재료(예를 들면, 테트라헤드라이트)의 입자 크기는 잠재적으로 중요하거나 중요한 인자일 수 있다. 예를 들면, 열전 재료의 입자 크기는 이것과 함께 공소결되는 포일 또는 분말에 적합하도록 선택 및 최적화될 수 있다. 예를 들면, 공소결될 분말은 서로 유사한 입자 크기를 갖는 것이 유용할 수 있다. 일부의 실시형태, 또는 다른 실시형태에서, TE 재료(예를 들면, 테트라헤드라이트)의 밀도는 잠재적으로 중요하거나 중요한 인자일 수 있다. 예를 들면, 테트라헤드라이트 및 금속층은 적절히 기능하기에 충분한 밀도를 가지는 것이 유용할 수 있다.
일부의 실시형태에서, 금속화 열전 재료를 얻기 위한 공정 단계는 다음의 공정 단계이거나, 이것을 포함한다.
테트라헤드라이트 분말의 제조 → 분말을 벌크 재료로 소결 →벌크 펠릿의 폴리싱 → 금속화 층(들)의 증착.
일부의 실시형태에서, "증착 금속화 층(들)" 블록에 대해, 증착의 예시적 방법은 스퍼터링, 캐소드 아크 물리적 증착(PVD), 또는 임의의 다른 PVD 공정일 수 있거나, 이것을 포함할 수 있다. 금속 두께는 금속층이 조직되는 방식에 따라, 예를 들면, 50 나노미터 내지 10 마이크론의 범위일 수 있다.
예를 들면, 도 3을 참조하여 기술된 바와 같은 본 명세서에 제공된 바와 같은 방법은 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 명세서에 기재된 임의의 적절한 구조물과 같은 임의의 적절한 구조물을 제조하는데 적절하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 1 접촉 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, Mo, CrNi, 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 접촉 금속층은 Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 방법은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 확산 장벽 금속층은 임의의 적절한 CVD 또는 PVD 또는 기타 증착 공정을 이용하여 제 1 접촉 금속층 상에 배치될 수 있고, 다음에 이 확산 장벽 금속층 상에 제 2 접촉 금속층이 배치될 수 있다. 또는, 예를 들면, 확산 장벽 금속층의 분말 전구물질은 제 1 접촉 금속층의 분말 전구물질과 제 2 접촉 금속층의 분말 전구물질 사이의 소결 다이 내로 장입될 수 있다. 또는, 예를 들면, 확산 장벽 금속층의 포일이 제 1 접촉 금속층의 포일과 제 2 접촉 금속층의 포일 사이의 소결 다이 내로 장입될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 확산 장벽 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, TaN, CrNi, 및 Mo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층은 교번층(alternating layer)으로 증착될 수 있다. 예를 들면, 제 1 접촉 금속층과 확산 장벽 금속층을 교대로 증착시키기 위해 CVD, PVD, 또는 임의의 다른 적절한 증착 공정이 사용될 수 있다. 또는, 예를 들면, 제 1 접촉 금속층 및 확산 장벽 금속층의 분말 전구물질은 소결 다이 내로 교대로 장입될 수 있다. 또는, 예를 들면, 제 1 접촉 금속층 및 확산 장벽 금속층의 포일은 소결 다이 내로 교대로 장입될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 방법은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시례로서, 제 1 접촉 금속층은 TiW, TiB2, Y, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 접촉 금속층은 Ni, Ag, 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 방법은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에, 예를 들면, 위에서 설명한 것과 같은 방식으로 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 확산 장벽 금속층은 Ni, Ti, 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층 및 확산 장벽 금속층은, 예를 들면, 위에서 설명한 바와 같은 방식으로 교번층으로 증착될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 방법은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시례로서, 제 1 접촉 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 안정한 내화 금속 질화물, 및 안정한 내화 금속 탄화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 안정한 내화 금속 질화물은 TiN 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 안정한 내화 금속 탄화물은 TiC 및 WC으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 안정한 황화물은 La2S3를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 접촉 금속층은 귀금속일 수 있거나, 본질적으로 귀금속으로 구성될 수 있거나, 귀금속을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 접촉 금속층은 Au, Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 방법은 제 1 접촉 금속층과 제 2 접촉 금속층 사이에, 예를 들면, 위에서 설명한 것과 같은 방식으로 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 확산 장벽 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, 안정한 질화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 및 Ti 또는 W와 합금된 안정한 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있거나, 본질적으로 이 재료로 구성될 수 있거나, 이 재료를 포함할 수 있다. 일부의 실시형태에서, 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일부의 실시형태에서, 확산 장벽 금속층은 TiB2, Ni, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 접촉 금속층 및 확산 장벽 금속층은, 예를 들면, 위에서 설명한 바와 같은 방식으로 교번층으로 증착된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 방법은 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 제공된 방법 중 임의의 방법은 도 2a 내지 도 2c 중 임의의 도에 예시된 열전 디바이스와 같은 열전 디바이스를 제조하는 방법 내에 포함될 수 있다.
실시례
다음의 실시례는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
비제한적 제 1 실시례에서, 도 1a에 예시된 구조물(100)은 제 1 접촉 금속층(102)으로서 500 nm의 TiW(10 중량%의 Ti), 확산 장벽 금속층(103)으로서 250 nm의 Ni, 및 제 2 접촉 금속층(104)으로서 250 nm의 Au를 사용하여 제조되었다. 비제한적 제 2 실시례에서, 도 1b에 예시된 구조물(110)은 제 1 접촉 금속층(112)으로서 500 nm의 TiW(10 중량%의 Ti) 및 제 2 접촉 금속층(122)으로서 250 nm의 Au를 사용하여 제조되었다. 비제한적 제 3 실시례에서, 도 1a에 예시된 구조물(100)은 제 1 접촉 금속층(102)으로서 500 nm의 TiW(10 중량%의 Ti), 확산 장벽 금속층(103)으로서 250 nm의 Ni, 및 제 2 접촉 금속층(104)으로서 250 nm의 Au 및 다음에 1000 nm의 Ag(Au/Ag)를 사용하여 제조되었다. 비제한적 제 4 실시례에서, 도 1a에 예시된 구조물(100)은 제 1 접촉 금속층(102)으로서 500 nm의 TiW(10 중량%의 Ti), 확산 장벽 금속층(103)으로서 250 nm의 Ni, 및 제 2 접촉 금속층(104)으로서 250 nm의 Ag 및 다음에 1000 nm의 Au(Ag/Au)를 사용하여 제조되었다. 이들 4 가지 실시례에 대한 테트라헤드라이트의 화학 조성은 Cu12-x-yNixZnySb4S13였다. 벌크 테트라헤드라이트는 분말의 화학양론적 양의 측정 단계, 혼합 단계, 어닐링 단계, 및 재료를 반응시키기 위한 볼밀링 단계에 의해 형성되었다. 다음에 이 재료는 가열 압착에 의해 치밀화되고, 슬라이싱(slicing) 및 폴리싱에 의해 웨이퍼로 되고, PVD를 이용하여 금속화되었다.
제 1 실시례 내지 제 4 실시례는 얻어진 금속화된 테트라헤드라이트 구조물이 진공 또는 공기 중에서 1 시간 내지 수백 시간의 범위의 시간 동안 250 내지 400℃로 가열되는 가열 시험을 받았다. 평면 저항(through-plane resistance)을 측정하기 위해 금속화된 테트라헤드라이트 구조물이 금속 분로에 용접(soldering)되기 전에 이 금속화된 테트라헤드라이트 구조물이 가열된 경우 뿐만 아니라 가열전에 금속화된 테트라헤드라이트 구조물이 금속 부품에 접합된 경우에 실험이 수행되었고, 가열 전후의 저항이 측정되었다. 구조물의 저항이 금속화되지 않은 테트라헤드라이트의 저항보다 10 미만 더 높은 경우에 구조물은 가열 시험을 통과한 것으로 간주되었다. 제 1 실시례 내지 제 4 실시례는 400 ℃에서 15 시간 이상 후에 가열 시험을 통과한 것으로 간주되었다. 다음의 표는 공기 중에서 400 ℃에서 15 시간 이상 동안 생존한 금속화 스택을 나타낸다.
| 공기 중에서 400 ℃에서 15 시간 이상 생존한 금속화 스택 | |
| TiW/Ni/Au | 500/250/250 nm |
| TiW/Ni/Ag/Au | 500/250/250/250 nm |
| TiW/Au | 500/250 nm |
| TiW/Ni/Au/Ag | 500/250/250/1000 nm |
일부의 실시형태에 따르면, 구조물은 테트라헤드라이트 기판; 이 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되어 배치되는 제 1 접촉 금속층; 및 제 1 접촉 금속층 상에 배치되는 제 2 접촉 금속층을 포함한다. 하나의 실시례에서, 구조물은 도 1a, 도 1b, 또는 도 1c를 참조하여 위에서 설명되었다.
일부의 실시형태에 따르면, 열전 디바이스는 이러한 구조물을 포함한다. 하나의 실시례에서, 열전 디바이스는 도 2a, 도 2b, 또는 도 2c를 참조하여 위에서 설명되었다.
일부의 실시형태에 따르면, 방법은 테트라헤드라이트 기판를 제공하는 단계; 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되는 제 1 접촉 금속층을 배치하는 단계; 및 제 1 접촉 금속층 상에 제 2 접촉 금속층을 배치하는 단계를 포함한다. 하나의 실시례에서, 본 방법은 도 3을 참조하여 위에서 설명되었다.
일부의 실시형태에 따르면, 열전 디바이스를 제조하는 방법은 이러한 방법을 포함한다. 하나의 실시례에서, 본 방법은 도 2a, 도 2b, 도 2c, 및/또는 도 3을 참조하여 위에서 설명되었다.
본 발명의 특정 실시형태가 설명되었으나, 설명된 실시형태와 등가인 다른 실시형태가 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 다양한 실시형태 및/또는 실시예는 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정의 예시된 실시형태에 의해 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한된다는 것을 이해해야 한다.
Claims (58)
- 테트라헤드라이트(tetrahedrite) 기판;
상기 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되어 배치되는 제 1 접촉 금속층; 및
상기 제 1 접촉 금속층 상에 배치되는 제 2 접촉 금속층을 포함하는,
구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 안정한 내화 금속 질화물, 및 안정한 내화 금속 탄화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 2 항에 있어서,
상기 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
구조물. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 안정한 내화 금속 질화물은 TiN 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
구조물. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 안정한 내화 금속 탄화물은 TiC 및 WC로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
구조물. - 제 2 항에 있어서,
상기 안정한 황화물은 La2S3를 포함하는,
구조물. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 귀금속을 포함하는,
구조물. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 Au, Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층 사이에 배치되는 확산 장벽 금속층을 더 포함하는,
구조물. - 제 9 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, 안정한 질화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 및 Ti 또는 W와 합금된 안정한 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 10 항에 있어서,
상기 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
구조물. - 제 9 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 TiB2, Ni, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe인,
구조물. - 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 확산 장벽 금속층은 교번층(alternating layer)으로 증착되는,
구조물. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈(braze) 또는 솔더(solder)를 더 포함하는,
구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, Mo, CrNi, 및 TaN로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 1 항 또는 제 15항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 1 항, 제 15 항, 또는 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층 사이에 배치되는 확산 장벽 금속층을 더 포함하는,
구조물. - 제 17 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, TaN, CrNi, 및 Mo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층 및 상기 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착되는,
구조물. - 제 1 항, 또는 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 더 포함하는,
구조물. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층은 TiW, TiB2, Y, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe인,
구조물. - 제 1 항 또는 제 21 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 Ni, Ag, 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 1 항, 제 21 항, 또는 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층 사이에 배치되는 확산 장벽 금속층을 더 포함하는,
구조물. - 제 23 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 Ni, Ti, 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
구조물. - 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층 및 상기 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착되는,
구조물. - 제 1 항, 또는 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 더 포함하는,
구조물. - 테트라헤드라이트 기판을 제공하는 단계;
상기 테트라헤드라이트 기판 상에 직접 접촉되는 제 1 접촉 금속층을 배치하는 단계; 및
상기 제 1 접촉 금속층 상에 제 2 접촉 금속층을 배치하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층 및 상기 제 2 접촉 금속층 중 적어도 하나는 물리적 증착 또는 화학적 증착을 이용하여 배치되는,
방법. - 제 28 항에 있어서,
상기 물리적 증착은 스퍼터링(sputtering) 또는 캐소드 아크 물리적 증착을 포함하는,
방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 제공하는 단계 및 배치하는 단계는 분말 형태의 상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층을 테트라헤드라이트 분말과 함께 공소결(co-sintering)하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 27 항에 있어서,
상기 제공하는 단계 및 배치하는 단계는 상기 제 1 접촉 금속층의 얇은 포일과 상기 제 2 접촉 금속층의 얇은 포일을 테트라헤드라이트 분말과 함께 공소결하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 안정한 내화 금속 질화물, 및 안정한 내화 금속 탄화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
방법. - 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
상기 안정한 내화 금속 질화물은 TiN 및 TaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
방법. - 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
상기 안정한 내화 금속 탄화물은 TiC 및 WC로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
방법. - 제 32 항에 있어서,
상기 안정한 황화물은 La2S3를 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 귀금속을 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 Au, Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층 사이에 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 39 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 내화 금속, Ti 또는 W와 함금된 내화 금속, 안정한 황화물, 안정한 질화물, Ti 또는 W와 합금된 안정한 황화물, 및 Ti 또는 W와 합금된 안정한 질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 내화 금속은 Mo, Nb, Ta, W, Re, Ti, V, Cr, Zr, Hf, Ru, Rh, Os, 및 Ir로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
방법. - 제 39 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 TiB2, Ni, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe인,
방법. - 제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착되는,
방법. - 제 27 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, Mo, CrNi, 및 TaN로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항 또는 제 45 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 Ag, Ni, Ni/Au, 및 Ni/Ag로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항 또는 제 45 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층 사이에 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 47 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 Ti, Ta, Cr, W, Nb, TiN, TaN, CrNi, 및 Mo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
방법. - 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층 및 상기 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착되는,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항 또는 제 45 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층은 TiW, TiB2, Y, 및 MCrAlY로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 여기서 M은 Co, Ni, 또는 Fe인,
구조물. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항 또는 제 51 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층은 Ni, Ag, 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항, 제 51 항 또는 제 52 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층과 상기 제 2 접촉 금속층 사이에 확산 장벽 금속층을 배치하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 53 항에 있어서,
상기 확산 장벽 금속층은 Ni, Ti, 및 W로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는,
방법. - 제 53 항 또는 제 54 항에 있어서,
상기 제 1 접촉 금속층 및 상기 확산 장벽 금속층은 교번층으로 증착되는,
방법. - 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항 또는 제 51 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 접촉 금속층과 직접 접촉되는 브래이즈 또는 솔더를 배치하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항의 구조물을 포함하는 열전 디바이스.
- 제 27 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항의 방법을 포함하는 열전 디바이스 제조 방법.
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