KR20220013174A - Thermoelectric element - Google Patents

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KR20220013174A
KR20220013174A KR1020200092364A KR20200092364A KR20220013174A KR 20220013174 A KR20220013174 A KR 20220013174A KR 1020200092364 A KR1020200092364 A KR 1020200092364A KR 20200092364 A KR20200092364 A KR 20200092364A KR 20220013174 A KR20220013174 A KR 20220013174A
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semiconductor structures
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KR1020200092364A
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Inventor
이세운
이종민
최만휴
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엘지이노텍 주식회사
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H01L35/04—

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

According to an embodiment, a thermoelectric device is disclosed. The thermoelectric device includes: a first substrate; a first electrode disposed on the first substrate; a plurality of semiconductor structures disposed on the first electrode; a second electrode disposed on the plurality of semiconductor structures; and a bonding member disposed between the plurality of semiconductor structures and the first electrode and between the plurality of semiconductor structures and the second electrode. The first electrode includes an electrode protrusion part surrounding the bonding member.

Description

열전 소자{THERMOELECTRIC ELEMENT}Thermoelectric element {THERMOELECTRIC ELEMENT}

본 발명은 열전 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 배치되는 전극의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric device, and more particularly, to a structure of an electrode disposed on a substrate.

열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.The thermoelectric phenomenon is a phenomenon that occurs by the movement of electrons and holes inside a material, and refers to direct energy conversion between heat and electricity.

열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. A thermoelectric element is a generic term for a device using a thermoelectric phenomenon, and has a structure in which a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material are bonded between metal electrodes to form a PN junction pair.

열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.Thermoelectric devices can be divided into devices using a temperature change in electrical resistance, devices using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference, and devices using the Peltier effect, which is a phenomenon in which heat absorption or heat is generated by current. .

열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric elements are widely applied to home appliances, electronic parts, communication parts, and the like. For example, the thermoelectric element may be applied to an apparatus for cooling, an apparatus for heating, an apparatus for power generation, and the like. Accordingly, the demand for the thermoelectric performance of the thermoelectric element is increasing.

이때, 열전 소자는 전극과 열전 레그 사이에서 전기적 연결이 끊어지는 문제가 존재한다.In this case, the thermoelectric element has a problem in that the electrical connection between the electrode and the thermoelectric leg is cut off.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기적 신뢰성 개선을 위한 열전 소자의 전극의 구조를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a structure of an electrode of a thermoelectric element for improving electrical reliability.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 복수의 반도체 구조물; 상기 복수의 반도체 구조물 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제1 전극 사이 및 상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 접합 부재;를 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 접합 부재를 둘러싸는 전극 돌출부;를 포함한다.A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes: a first substrate; a first electrode disposed on the first substrate; a plurality of semiconductor structures disposed on the first electrode; a second electrode disposed on the plurality of semiconductor structures; and a bonding member disposed between the plurality of semiconductor structures and the first electrode and between the plurality of semiconductor structures and the second electrode, wherein the first electrode includes an electrode protrusion surrounding the bonding member. do.

상기 복수의 반도체 구조물 양단에 배치되는 제1 방지층;을 더 포함할 수 있다.It may further include a first barrier layer disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures.

상기 전극 돌출부의 내측면은 상기 제1 방지층과 접할 수 있다.An inner surface of the electrode protrusion may be in contact with the first blocking layer.

상기 전극 돌출부의 내측면은 상기 반도체 구조물과 접할 수 있다.An inner surface of the electrode protrusion may be in contact with the semiconductor structure.

상기 전극 돌출부는 내측의 접합 부재를 향해 돌출되는 돌기부;를 더 포함할 수 있다.The electrode protrusion may further include a protrusion protruding toward the inner bonding member.

상기 접합 부재의 높이는 상기 전극 돌출부의 높이보다 작을 수 있다.A height of the bonding member may be smaller than a height of the electrode protrusion.

상기 접합 부재와 제1 전극 사이에 배치되는 제2 방지층;을 더 포함할 수 있다.It may further include; a second barrier layer disposed between the bonding member and the first electrode.

상기 전극 돌출부의 내측면은 상기 복수의 반도체 구조물과 이격 배치될 수 있다.An inner surface of the electrode protrusion may be spaced apart from the plurality of semiconductor structures.

상기 제2 전극 상에 배치되는 제2 기판;을 더 포함할 수 있다.It may further include a second substrate disposed on the second electrode.

실시예에 따른 열전 소자는 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 복수의 반도체 구조물; 상기 복수의 반도체 구조물 상에 배치된 제2 전극; 및 상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제1 전극 사이 및 상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 접합 부재;를 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 접합 부재가 안착하는 리세스;를 포함한다.A thermoelectric element according to an embodiment includes a first substrate; a first electrode disposed on the first substrate; a plurality of semiconductor structures disposed on the first electrode; a second electrode disposed on the plurality of semiconductor structures; and a bonding member disposed between the plurality of semiconductor structures and the first electrode and between the plurality of semiconductor structures and the second electrode, wherein the first electrode includes a recess in which the bonding member is seated. do.

상기 리세스는 상기 복수의 반도체 구조물과 수직 방향으로 중첩되는 제1 영역과 상기 복수의 반도체 구조물 사이에 위치하는 제2 영역을 포함할 수 있다.The recess may include a first region overlapping the plurality of semiconductor structures in a vertical direction and a second region positioned between the plurality of semiconductor structures.

상기 복수의 반도체 구조물 양단에 배치되는 제1 방지층; 및 상기 접합 부재와 제1 전극 사이에 배치되는 제2 방지층;을 더 포함하고, 상기 제2 방지층은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 적어도 일부에 배치될 수 있다.a first prevention layer disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures; and a second barrier layer disposed between the bonding member and the first electrode, wherein the second barrier layer may be disposed on the first region and at least a portion of the second region.

상기 접합 부재는 상기 제1 영역 상에서 상기 제2 방지층과 상기 제1 방지층 사이에 배치되고, 상기 제2 영역 상에서 상기 제2 방지층의 측면과 접할 수 있다.The bonding member may be disposed between the second barrier layer and the first barrier layer on the first region, and may be in contact with a side surface of the second barrier layer on the second region.

본 발명의 실시예에 따르면, 전기적 신뢰성이 높은 열전 소자 및 이를 포함하는 열전 장치를 얻을 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a thermoelectric element having high electrical reliability and a thermoelectric device including the same can be obtained.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극이 인접한 열전 레그를 감싸도록 열전 레그를 향해 형성된 돌출부 또는 열전 레그가 안착하는 홈을 갖는 열전 소자를 제공할 수 있다.Specifically, according to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a thermoelectric element having a protrusion formed toward the thermoelectric leg or a groove in which the thermoelectric leg is seated so that the electrode surrounds the adjacent thermoelectric leg.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 소형으로 구현되는 애플리케이션뿐만 아니라 차량, 선박, 제철소, 소각로 등과 같이 대형으로 구현되는 애플리케이션에서도 적용될 수 있다. In addition, the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention can be applied not only to applications implemented in a small size, but also applications implemented in a large size such as vehicles, ships, steel mills, and incinerators.

도 1은 열전 소자의 단면도이고,
도 2는 열전 소자의 사시도이고,
도 3은 실링부재를 포함하는 열전 소자의 사시도이고,
도 4는 실링부재를 포함하는 열전 소자의 분해사시도이고,
도 5는 제1 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고,
도 6은 도 5에서 K1의 확대도이고,
도 7은 제1 실시예에 따른 열전 소자의 구성요소 간의 결합을 설명하는 사시도이고,
도 8은 제2 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고,
도 9는 도 8의 K2의 확대도이고,
도 10은 제3 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고,
도 11은 도 10에서 K3의 확대도이고,
도 12는 제3 실시예에 따른 열전 소자의 구성요소 간의 결합을 설명하는 사시도이고,
도 13은 제4 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고,
도 14는 도 13에서 K4의 확대도이고,
도 15는 제5 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고,
도 16은 도 15에서 K5의 확대도이고,
도 20은 제7 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element;
2 is a perspective view of a thermoelectric element;
3 is a perspective view of a thermoelectric element including a sealing member;
4 is an exploded perspective view of a thermoelectric element including a sealing member;
5 is a cross-sectional view of the thermoelectric element according to the first embodiment;
6 is an enlarged view of K1 in FIG. 5,
7 is a perspective view illustrating coupling between components of the thermoelectric element according to the first embodiment;
8 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a second embodiment;
9 is an enlarged view of K2 of FIG. 8,
10 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a third embodiment;
11 is an enlarged view of K3 in FIG. 10,
12 is a perspective view illustrating coupling between components of a thermoelectric element according to a third embodiment;
13 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a fourth embodiment;
14 is an enlarged view of K4 in FIG. 13,
15 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a fifth embodiment;
16 is an enlarged view of K5 in FIG. 15;
20 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a seventh embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.However, the technical spirit of the present invention is not limited to some embodiments described, but may be implemented in various different forms, and within the scope of the technical spirit of the present invention, one or more of the components may be selected between the embodiments. It can be combined and substituted for use.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.In addition, terms (including technical and scientific terms) used in the embodiments of the present invention may be generally understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless specifically defined and described explicitly. It may be interpreted as a meaning, and generally used terms such as terms defined in advance may be interpreted in consideration of the contextual meaning of the related art.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.In addition, the terminology used in the embodiments of the present invention is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In the present specification, the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or more than one) of A and (and) B, C", it is combined as A, B, C It may include one or more of all possible combinations.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.These terms are only for distinguishing the component from other components, and are not limited to the essence, order, or order of the component by the term.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.And, when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include a case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In addition, when it is described as being formed or disposed on "above (above) or under (below)" of each component, top (above) or under (below) is one as well as when two components are in direct contact with each other. Also includes a case in which another component as described above is formed or disposed between two components. In addition, when expressed as "upper (upper) or lower (lower)", the meaning of not only an upper direction but also a lower direction based on one component may be included.

도 1은 열전 소자의 단면도이고, 도 2는 열전 소자의 사시도이고, 도 3은 실링부재를 포함하는 열전 소자의 사시도이고, 도 4는 실링부재를 포함하는 열전 소자의 분해사시도이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric element, FIG. 2 is a perspective view of the thermoelectric element, FIG. 3 is a perspective view of the thermoelectric element including a sealing member, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the thermoelectric element including a sealing member.

도 1 내지 2를 참조하면, 열전 소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.1 to 2 , the thermoelectric element 100 includes a lower substrate 110 , a lower electrode 120 , a P-type thermoelectric leg 130 , an N-type thermoelectric leg 140 , an upper electrode 150 , and an upper substrate. (160).

하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다. 이러한 P형 열전 레그(130)는 제2 도전성 반도체 구조물, N형 열전 레그(120)는 제1 도전성 반도체 구조물일 수 있다. 또는 상술한 단어로 혼용될 수 있다. 그리고 복수의 반도체 구조물은 상술한 제1 도전성 반도체 구조물 및 제2 도전성 반도체 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 이하 하부 전극(120)은 제1 전극과 혼용한다. 그리고 후술하는 상부 전극(150)은 제2 전극과 혼용한다.The lower electrode 120 is disposed between the lower substrate 110 and the lower bottom surfaces of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 , and the upper electrode 150 is formed between the upper substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 140 . It is disposed between the thermoelectric leg 130 and the upper bottom surface of the N-type thermoelectric leg 140 . Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 are electrically connected by the lower electrode 120 and the upper electrode 150 . A pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 disposed between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 and electrically connected may form a unit cell. The P-type thermoelectric leg 130 may be a second conductive semiconductor structure, and the N-type thermoelectric leg 120 may be a first conductive semiconductor structure. Alternatively, the above-mentioned words may be used interchangeably. In addition, the plurality of semiconductor structures may include the above-described first conductive semiconductor structure and second conductive semiconductor structure. In addition, hereinafter, the lower electrode 120 is used interchangeably with the first electrode. And the upper electrode 150, which will be described later, is used interchangeably with the second electrode.

예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 하부 전극(120) 및 상부 전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다. For example, when a voltage is applied to the lower electrode 120 and the upper electrode 150 through the lead wires 181 and 182 , a current flows from the P-type thermoelectric leg 130 to the N-type thermoelectric leg 140 due to the Peltier effect. The substrate through which flows absorbs heat and acts as a cooling unit, and the substrate through which current flows from the N-type thermoelectric leg 140 to the P-type thermoelectric leg 130 may be heated and act as a heating unit. Alternatively, if a temperature difference between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 is applied, the charges in the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 move due to the Seebeck effect, and electricity may be generated. .

도 1 내지 도 4에서 리드선(181, 182)이 하부 기판(110)에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 리드선(181, 182)이 상부 기판(160)에 배치되거나, 리드선(181, 182) 중 하나가 하부 기판(110)에 배치되고, 나머지 하나가 상부 기판(160)에 배치될 수도 있다.Although the lead wires 181 and 182 are illustrated as being disposed on the lower substrate 110 in FIGS. 1 to 4 , the present invention is not limited thereto, and the lead wires 181 and 182 are disposed on the upper substrate 160 or lead wires ( One of 181 and 182 may be disposed on the lower substrate 110 , and the other may be disposed on the upper substrate 160 .

또한, 리드선은 열전 소자(100)의 저온부 측에 연결될 수 있다. 또한, 열전 소자(100)의 고온부 측에는 열전 소자(100)가 적용되는 애플리케이션의 기자재가 탑재될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(100)가 적용되는 경우, 열전 소자(100)의 고온부 측에는 선박용 기자재가 탑재될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(100)의 저온부 측 및 고온부 측 모두 내전압 성능이 요구될 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(100)가 구동시 고온부는 저온부보다 온도가 상대적으로 높을 수 있다.In addition, the lead wire may be connected to the low-temperature side of the thermoelectric element 100 . In addition, equipment for an application to which the thermoelectric element 100 is applied may be mounted on the high temperature portion of the thermoelectric element 100 . For example, when the thermoelectric element 100 is applied, ship equipment may be mounted on the high temperature part of the thermoelectric element 100 . Accordingly, both the low-temperature side and the high-temperature side of the thermoelectric element 100 may require withstand voltage performance. For example, when the thermoelectric element 100 is driven, the high temperature portion may have a relatively higher temperature than the low temperature portion.

한편, 열전 소자(100)의 고온부 측은 열전 소자(100)의 저온부 측에 비하여 더욱 높은 열전도 성능이 요구될 수 있다. 구리 기판은 알루미늄 기판에 비하여 열전도도 및 전기전도도가 높다. 열전도 성능 및 내전압 성능을 모두 만족시키기 위하여, 제1 기판(110) 및 제2 기판(160) 중 열전 소자(100)의 저온부 측에 배치되는 기판은 알루미늄 기판이고, 열전 소자(100)의 고온부 측에 배치되는 기판은 구리 기판일 수 있다. 다만, 구리 기판이 알루미늄 기판에 비하여 전기전도도가 높으므로, 열전 소자(100)의 고온부 측 내전압 성능을 유지하기 위하여 별도의 구성이 필요할 수 있다.On the other hand, the high-temperature side of the thermoelectric element 100 may require higher thermal conductivity than the low-temperature side of the thermoelectric element 100 . Copper substrates have higher thermal and electrical conductivity than aluminum substrates. In order to satisfy both the thermal conduction performance and the withstand voltage performance, the substrate disposed on the low-temperature side of the thermoelectric element 100 among the first and second substrates 110 and 160 is an aluminum substrate, and the high-temperature side of the thermoelectric element 100 . The substrate disposed on the may be a copper substrate. However, since the copper substrate has higher electrical conductivity than the aluminum substrate, a separate configuration may be required to maintain the high-temperature side withstand voltage performance of the thermoelectric element 100 .

여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서 열전 레그는 반도체 구조물, 반도체 소자, 반도체 재료층, 반도체 물질층, 반도체 소재층, 도전성 반도체 구조물, 열전 구조물, 열전 재료층, 열전 물질층, 열전 소재층 등으로 지칭될 수도 있다. Here, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuth telluride (Bi-Te)-based thermoelectric legs including bismuth (Bi) and tellurium (Te) as main raw materials. P-type thermoelectric leg 130 is antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), tellurium It may be a bismuthtelluride (Bi-Te)-based thermoelectric leg including at least one of (Te), bismuth (Bi), and indium (In). For example, the P-type thermoelectric leg 130 contains 99 to 99.999 wt% of Bi-Sb-Te, which is a main raw material, based on 100 wt% of the total weight, and nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu) , at least one of silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), and indium (In) may be included in an amount of 0.001 to 1 wt%. N-type thermoelectric leg 140 is selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), tellurium It may be a bismuthtelluride (Bi-Te)-based thermoelectric leg including at least one of (Te), bismuth (Bi), and indium (In). For example, the N-type thermoelectric leg 140 contains 99 to 99.999 wt% of Bi-Se-Te, a main raw material, based on 100 wt% of the total weight, and nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu) , at least one of silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), and indium (In) may be included in an amount of 0.001 to 1 wt%. Accordingly, in this specification, the thermoelectric leg may be referred to as a semiconductor structure, a semiconductor device, a semiconductor material layer, a semiconductor material layer, a semiconductor material layer, a conductive semiconductor structure, a thermoelectric structure, a thermoelectric material layer, a thermoelectric material layer, a thermoelectric material layer, etc. have.

P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.The P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be formed in a bulk type or a stack type. In general, the bulk-type P-type thermoelectric leg 130 or the bulk-type N-type thermoelectric leg 140 heat-treats a thermoelectric material to manufacture an ingot, grinds the ingot and sieves to obtain a powder for the thermoelectric leg, and then It can be obtained through the process of sintering and cutting the sintered body. In this case, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be polycrystalline thermoelectric legs. As such, when the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are polycrystalline thermoelectric legs, the strength of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be increased. The laminated P-type thermoelectric leg 130 or the laminated N-type thermoelectric leg 140 is formed by coating a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate to form a unit member, and then stacking the unit member and cutting the unit through the process. can be obtained

이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다. In this case, the pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes. For example, since the electrical conductivity characteristics of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are different, the height or cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 is calculated as the height or cross-sectional area of the P-type thermoelectric leg 130 . may be formed differently.

이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다. In this case, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a cylindrical shape, a polygonal column shape, an elliptical column shape, or the like.

또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다. 각 구조물은 개구 패턴을 가지는 전도성층을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 구조물 간의 접착력을 높이고, 열전도도를 낮추며, 전기전도도를 높일 수 있다. Alternatively, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a stacked structure. For example, the P-type thermoelectric leg or the N-type thermoelectric leg may be formed by laminating a plurality of structures coated with a semiconductor material on a sheet-shaped substrate and then cutting them. Accordingly, it is possible to prevent material loss and improve electrical conductivity properties. Each structure may further include a conductive layer having an opening pattern, thereby increasing adhesion between the structures, decreasing thermal conductivity, and increasing electrical conductivity.

또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 하나의 열전 레그 내에서 단면적이 상이하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 열전 레그 내에서 전극을 향하도록 배치되는 양 단부의 단면적이 양 단부 사이의 단면적보다 크게 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 양 단부 간의 온도차를 크게 형성할 수 있으므로, 열전효율이 높아질 수 있다. Alternatively, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may be formed to have different cross-sectional areas within one thermoelectric leg. For example, the cross-sectional area of both ends arranged to face the electrode in one thermoelectric leg may be formed to be larger than the cross-sectional area between the two ends. Accordingly, since a large temperature difference between the ends can be formed, thermoelectric efficiency can be increased.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 열전성능 지수(figure of merit, ZT)로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention may be expressed as a figure of merit (ZT). The thermoelectric figure of merit (ZT) can be expressed as in Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V/K], σ is the electrical conductivity [S/m], and α 2 σ is the power factor (Power Factor, [W/mK 2 ]). And, T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W/mK]. k can be expressed as a·cp·ρ, a is the thermal diffusivity [cm 2 /S], cp is the specific heat [J/gK], ρ is the density [g/cm 3 ].

열전 소자의 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다. In order to obtain the thermoelectric figure of merit of the thermoelectric element, a Z value (V/K) is measured using a Z meter, and a thermoelectric figure of merit (ZT) can be calculated using the measured Z value.

여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.Here, the lower electrode 120 is disposed between the lower substrate 110 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 , and the upper substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 130 . The upper electrode 150 disposed between the thermoelectric legs 140 includes at least one of copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), and nickel (Ni), and has a thickness of 0.01 mm to 0.3 mm. can When the thickness of the lower electrode 120 or the upper electrode 150 is less than 0.01 mm, the function as an electrode may deteriorate and the electrical conductivity performance may be lowered, and if it exceeds 0.3 mm, the conduction efficiency may be lowered due to an increase in resistance. .

그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 금속 기판일 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~1.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 1.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 절연층(170)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170)은 1~20W/mK의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다.In addition, the lower substrate 110 and the upper substrate 160 facing each other may be a metal substrate, and the thickness thereof may be 0.1 mm to 1.5 mm. When the thickness of the metal substrate is less than 0.1 mm or exceeds 1.5 mm, heat dissipation characteristics or thermal conductivity may be excessively high, and thus the reliability of the thermoelectric element may be deteriorated. In addition, when the lower substrate 110 and the upper substrate 160 are metal substrates, the insulating layer 170 is respectively between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150 . ) may be further formed. The insulating layer 170 may include a material having a thermal conductivity of 1 to 20 W/mK.

이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. 예를 들어, 제벡 효과를 위해 고온영역에 배치되거나, 펠티에 효과를 위해 발열영역으로 적용되거나 또는 열전모듈의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링부재가 배치되는 기판의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나가 다른 기판의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나보다 더 클 수 있다.In this case, the sizes of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 may be different. For example, the volume, thickness, or area of one of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 may be larger than the volume, thickness, or area of the other. Accordingly, heat absorbing performance or heat dissipation performance of the thermoelectric element may be improved. For example, at least one of the volume, thickness, or area of a substrate on which a sealing member for protection from the external environment of the thermoelectric module is disposed is different from that of a substrate disposed in a high temperature region for the Seebeck effect, applied as a heating region for the Peltier effect, or It may be greater than at least one of the volume, thickness or area of the substrate.

또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다. 열전 소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.In addition, a heat dissipation pattern, for example, a concave-convex pattern, may be formed on the surface of at least one of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 . Accordingly, the heat dissipation performance of the thermoelectric element may be improved. When the concave-convex pattern is formed on a surface in contact with the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 , bonding characteristics between the thermoelectric leg and the substrate may also be improved. The thermoelectric element 100 includes a lower substrate 110 , a lower electrode 120 , a P-type thermoelectric leg 130 , an N-type thermoelectric leg 140 , an upper electrode 150 , and an upper substrate 160 .

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 사이에는 실링부재(190)가 더 배치될 수도 있다. 실링부재(190)는 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 사이에서 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부 전극(150)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부 전극(150)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다. 여기서, 실링부재(190)는, 복수의 하부 전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽 및 복수의 상부 전극(150)의 최외곽의 측면으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 실링 케이스(192), 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이에 배치되는 실링재(194) 및 실링 케이스(192)와 상부 기판(160) 사이에 배치되는 실링재(196)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 실링 케이스(192)는 실링재(194, 196)를 매개로 하여 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 실링 케이스(192)가 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 직접 접촉할 경우 실링 케이스(192)를 통해 열전도가 일어나게 되고, 결과적으로 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 간의 온도 차가 낮아지는 문제를 방지할 수 있다. 여기서, 실링재(194, 196)는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하거나, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나가 양면에 도포된 테이프를 포함할 수 있다. 실링재(194, 194)는 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이 및 실링 케이스(192)와 상부 기판(160) 사이를 기밀하는 역할을 하며, 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부 전극(150)의 실링 효과를 높일 수 있고, 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다. 여기서, 실링 케이스(192)와 하부 기판(110) 사이를 실링하는 실링재(194)는 하부 기판(110)의 상면에 배치되고, 실링 케이스(192)와 상부 기판(160) 사이를 실링하는 실링재(196)는 상부 기판(160)의 측면에 배치될 수 있다. 한편, 실링 케이스(192)에는 전극에 연결된 리드선(180, 182)를 인출하기 위한 가이드 홈(G)이 형성될 수 있다. 이를 위하여, 실링 케이스(192)는 플라스틱 등으로 이루어진 사출 성형물일 수 있으며, 실링 커버와 혼용될 수 있다. 다만, 실링부재에 관한 이상의 설명은 예시에 지나지 않으며, 실링부재는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도시되지 않았으나, 실링부재를 둘러싸도록 단열재가 더 포함될 수도 있다. 또는 실링부재는 단열 성분을 포함할 수도 있다.3 to 4 , a sealing member 190 may be further disposed between the lower substrate 110 and the upper substrate 160 . The sealing member 190 is disposed between the lower substrate 110 and the upper substrate 160 on the side surfaces of the lower electrode 120 , the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , and the upper electrode 150 . can be Accordingly, the lower electrode 120 , the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , and the upper electrode 150 may be sealed from external moisture, heat, contamination, and the like. Here, the sealing member 190 includes the outermost portions of the plurality of lower electrodes 120 , the outermost portions of the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 , and the plurality of upper electrodes 150 . Between the sealing case 192, the sealing case 192 and the lower substrate 110, the sealing material 194, and the sealing case 192 and the upper substrate 160 are disposed spaced apart from the outermost side of the predetermined distance. It may include a sealing material 196 disposed on the. As such, the sealing case 192 may contact the lower substrate 110 and the upper substrate 160 via the sealing materials 194 and 196 . Accordingly, when the sealing case 192 is in direct contact with the lower substrate 110 and the upper substrate 160, heat conduction occurs through the sealing case 192, and as a result, the lower substrate 110 and the upper substrate 160. It is possible to prevent the problem of the temperature difference between the lowering. Here, the sealing materials 194 and 196 may include at least one of an epoxy resin and a silicone resin, or a tape in which at least one of an epoxy resin and a silicone resin is applied to both surfaces. The sealing materials 194 and 194 serve to seal between the sealing case 192 and the lower substrate 110 and between the sealing case 192 and the upper substrate 160, and the lower electrode 120, the P-type thermoelectric leg ( 130), the sealing effect of the N-type thermoelectric leg 140 and the upper electrode 150 may be increased, and may be mixed with a finishing material, a finishing layer, a waterproofing material, a waterproofing layer, and the like. Here, a sealing material 194 for sealing between the sealing case 192 and the lower substrate 110 is disposed on the upper surface of the lower substrate 110, and a sealing material for sealing between the sealing case 192 and the upper substrate 160 ( 196 may be disposed on a side surface of the upper substrate 160 . Meanwhile, a guide groove G for drawing out the lead wires 180 and 182 connected to the electrode may be formed in the sealing case 192 . To this end, the sealing case 192 may be an injection-molded product made of plastic or the like, and may be mixed with a sealing cover. However, the above description of the sealing member is only an example, and the sealing member may be modified in various forms. Although not shown, an insulating material may be further included to surround the sealing member. Alternatively, the sealing member may include a heat insulating component.

이상에서, 하부 기판(110), 하부 전극(120), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이라는 용어를 사용하고 있으나, 이는 이해의 용이 및 설명의 편의를 위하여 임의로 상부 및 하부로 지칭한 것일 뿐이며, 하부 기판(110) 및 하부 전극(120)이 상부에 배치되고, 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이 하부에 배치되도록 위치가 역전될 수도 있다. 또한, 상부 전극(150)은 이하 제2 전극과 혼용한다. 또한, 하부 기판은 '제1 기판', 상부 기판은 '제2 기판'과 혼용될 수 있다. 그리고 본 명세서에서 제1 방향(X축 방향)은 제1 기판에서 제2 기판을 향한 방향(X1)과 이의 반대 방향(X2)을 포함할 수 있으며, 제1 방향(X축 방향)은 '수직 방향'으로 사용될 수 있다. 또한, 제1 전극과 제2 전극은 복수 개일 수 있다.In the above, the terms lower substrate 110 , lower electrode 120 , upper electrode 150 , and upper substrate 160 are used, but for ease of understanding and convenience of explanation, they will be arbitrarily referred to as upper and lower portions. However, the positions may be reversed so that the lower substrate 110 and the lower electrode 120 are disposed thereon, and the upper electrode 150 and the upper substrate 160 are disposed thereunder. In addition, the upper electrode 150 is hereinafter used interchangeably with the second electrode. In addition, a lower substrate may be used interchangeably with a 'first substrate' and an upper substrate may be used interchangeably with a 'second substrate'. And in the present specification, the first direction (X-axis direction) may include a direction (X1) from the first substrate toward the second substrate and a direction (X2) opposite thereto, and the first direction (X-axis direction) is 'vertical'. direction can be used. Also, the number of the first electrode and the second electrode may be plural.

한편, 전술한 바와 같이, 열전 소자의 열전도 성능을 향상시키기 위하여, 금속 기판을 사용하고자 하는 시도가 늘고 있다. 다만, 열전 소자가 금속 기판을 포함하는 경우, 열전도 측면에서는 유리한 효과를 얻을 수 있으나, 내전압이 낮아지는 문제가 있다. 특히, 열전 소자가 고전압 환경 하에 적용되는 경우, 2.5kV 이상의 내전압 성능이 요구되고 있다. 열전 소자의 내전압 성능을 개선하기 위하여 금속 기판과 전극 사이에 조성이 서로 상이한 복수의 절연층을 배치할 수 있다. 다만, 복수의 절연층 간 낮은 계면 접착력으로 인하여 리플로우 환경과 같은 고온 노출 시 복수의 절연층 간 열팽창 계수 차에 의한 전단응력이 발생할 수 있으며, 이에 따라 복수의 절연층 간 계면의 접합이 파괴되어 에어캡(air cap)이 발생할 수 있다. 복수의 절연층 간 계면의 에어캡은 기판의 열저항을 상승시킬 수 있으며, 이에 따라 열전 소자 양단의 온도 차를 감소시키고, 열전 소자가 발전장치에 적용되는 경우 발전장치의 발전 성능을 감소시킬 수 있다. On the other hand, as described above, in order to improve the thermal conductivity of the thermoelectric element, attempts to use a metal substrate are increasing. However, when the thermoelectric element includes a metal substrate, an advantageous effect can be obtained in terms of heat conduction, but there is a problem in that the withstand voltage is lowered. In particular, when the thermoelectric element is applied under a high voltage environment, a withstand voltage performance of 2.5 kV or more is required. In order to improve the withstand voltage performance of the thermoelectric element, a plurality of insulating layers having different compositions may be disposed between the metal substrate and the electrode. However, due to the low interfacial adhesion between the plurality of insulating layers, shear stress may occur due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the plurality of insulating layers when exposed to high temperatures such as in a reflow environment. An air cap may occur. The air cap at the interface between the plurality of insulating layers can increase the thermal resistance of the substrate, thereby reducing the temperature difference between both ends of the thermoelectric element, and when the thermoelectric element is applied to the power generation device, it can reduce the power generation performance of the power generation device. have.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 절연층 간 계면의 접합력을 향상시켜 열전도 성능 및 내전압 성능이 모두 개선된 열전 소자를 얻고자 한다. 또한, 전기적 신뢰성이 개선된 열전 소자를 얻고자 한다. According to an embodiment of the present invention, an object is to obtain a thermoelectric device having improved both thermal conduction performance and withstand voltage performance by improving the bonding force at the interface between a plurality of insulating layers. In addition, an object of the present invention is to obtain a thermoelectric device having improved electrical reliability.

도 5는 제1 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 6은 도 5에서 K1의 확대도이고, 도 7은 제1 실시예에 따른 열전 소자의 구성요소 간의 결합을 설명하는 사시도이다.5 is a cross-sectional view of the thermoelectric element according to the first embodiment, FIG. 6 is an enlarged view of K1 in FIG. 5 , and FIG. 7 is a perspective view illustrating coupling between components of the thermoelectric element according to the first embodiment.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 실시예에 따른 열전 소자(100A)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치되는 절연층(170), 절연층(170, 하부 절연층 또는 제1 절연층) 상에 배치되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치되는 복수의 반도체 구조물(130, 140), 복수의 반도체 구조물(130, 140) 상에 배치되는 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치되는 절연층(170, 상부 절연층 또는 제2 절연층) 및 절연층(170) 상에 배치되는 제2 기판(160)을 포함할 수 있다.5 to 7 , in the thermoelectric device 100A according to the first embodiment, a first substrate 110 , an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 , an insulating layer 170 , and a lower part of the thermoelectric device 100A on the first electrode 120 disposed on the insulating layer or the first insulating layer), the plurality of semiconductor structures 130 and 140 disposed on the first electrode 120 , and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 A second electrode 150 disposed on the second electrode 150 , an insulating layer 170 (an upper insulating layer or second insulating layer) disposed on the second electrode 150 , and a second substrate 160 disposed on the insulating layer 170 , may include

실시예로, 복수의 반도체 구조물(130, 140)은 P형 열전 레그(130)는 복수의 제1 도전성 반도체 구조물(N형 열전 레그)과 복수의 제2 도전성 반도체 구조물(P형 열전 레그)을 포함할 수 있다.In an embodiment, in the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the P-type thermoelectric leg 130 includes a plurality of first conductive semiconductor structures (N-type thermoelectric legs) and a plurality of second conductive semiconductor structures (P-type thermoelectric legs). may include

그리고 제1 기판(110), 복수의 반도체 구조물(130, 140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)은 도 1 내지 도 4의 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the first substrate 110 , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 are the first substrate 110 and the first electrode 120 of FIGS. 1 to 4 . ), the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 may be equally applied.

나아가, 도시하지 않았지만, 제1 기판(110) 또는 제2 기판(160)에는 히트싱크가 더 배치될 수 있고, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 사이에는 실링부재가 더 배치될 수 있다.Furthermore, although not shown, a heat sink may be further disposed on the first substrate 110 or the second substrate 160 , and a sealing member may be further disposed between the first substrate 110 and the second substrate 160 . can

제1 실시예에 따른 열전 소자(110A)는 제1 기판(110) 상에 또는 제2 기판(160) 하부에 배치되는 절연층(170)을 포함할 수 있다.The thermoelectric element 110A according to the first embodiment may include an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 or under the second substrate 160 .

이러한 절연층(170)은 적어도 하나의 층으로 이루어질 수 있다. 실시예로, 절연층(170)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 즉, 제1 절연층과 제2 절연층은 각각이 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 기판 또는 제2 기판과 접하고, 제2 층은 제1 전극 또는 제2 전극과 접할 수 있다.The insulating layer 170 may be formed of at least one layer. In an embodiment, the insulating layer 170 may include a first layer and a second layer. That is, the first insulating layer and the second insulating layer may each include the first layer and the second layer. The first layer may be in contact with the first substrate or the second substrate, and the second layer may be in contact with the first electrode or the second electrode.

이때, 제1 층은 실리콘과 알루미늄을 포함하는 복합체(composite)를 포함할 수도 있다. 여기서, 복합체는 Si 원소와 Al 원소를 포함하는 무기물과 알킬 체인으로 구성된 유무기 복합체일 수 있으며, 실리콘과 알루미늄을 포함하는 산화물, 탄화물 및 질화물 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 복합체는 Al-Si 결합, Al-O-Si 결합, Si-O 결합, Al-Si-O 결합 및 Al-O 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이, Al-Si 결합, Al-O-Si 결합, Si-O 결합, Al-Si-O 결합 및 Al-O 결합 중 적어도 하나를 포함하는 복합체는 절연 성능이 우수하며, 이에 따라 높은 내전압 성능을 얻을 수 있다. 또는, 복합체는 실리콘 및 알루미늄과 함께 티타늄, 지르코늄, 붕소, 아연 등을 더 포함하는 산화물, 탄화물, 질화물일 수도 있다. 이를 위하여, 복합체는 무기바인더 및 유무기 혼합 바인더 중 적어도 하나와 알루미늄을 혼합한 후 열처리하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 무기바인더는, 예를 들어 실리카(SiO2), 금속알콕사이드, 산화붕소(B2O3) 및 산화아연(ZnO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무기바인더는 무기입자이되, 물에 닿으면 졸 또는 겔화되어 바인딩의 역할을 할 수 있다. 이때, 실리카(SiO2), 금속알콕사이드 및 산화붕소(B2O3) 중 적어도 하나는 알루미늄 간 밀착력 또는 제1 기판(또는 제2 기판)과의 밀착력을 높이는 역할을 하며, 산화아연(ZnO2)은 제1 층의 강도를 높이고, 열전도율을 높이는 역할을 할 수 있다.In this case, the first layer may include a composite including silicon and aluminum. Here, the composite may be an organic-inorganic composite composed of an alkyl chain and an inorganic material containing an Si element and an Al element, and may be at least one of an oxide, a carbide, and a nitride containing silicon and aluminum. For example, the composite may include at least one of an Al-Si bond, an Al-O-Si bond, a Si-O bond, an Al-Si-O bond, and an Al-O bond. As such, the composite including at least one of an Al-Si bond, an Al-O-Si bond, a Si-O bond, an Al-Si-O bond, and an Al-O bond has excellent insulation performance, and thus high withstand voltage performance can be obtained Alternatively, the composite may be an oxide, carbide, or nitride further containing titanium, zirconium, boron, zinc, or the like along with silicon and aluminum. To this end, the composite may be obtained through a heat treatment process after mixing aluminum with at least one of an inorganic binder and an organic/inorganic mixed binder. The inorganic binder may include, for example, at least one of silica (SiO 2 ), metal alkoxide, boron oxide (B 2 O 3 ), and zinc oxide (ZnO 2 ). Inorganic binders are inorganic particles, but when they come in contact with water, they become sol or gel, which can serve as a binding agent. At this time, at least one of silica (SiO 2 ), metal alkoxide, and boron oxide (B 2 O 3 ) serves to increase the adhesion between aluminum or the first substrate (or the second substrate), and zinc oxide (ZnO 2 ) ) may serve to increase the strength of the first layer and increase thermal conductivity.

한편, 제2 층은 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 에폭시 수지 조성물 및 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 실리콘 수지 조성물 중 적어도 하나를 포함하는 수지층으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제2 층은 제1 층과 제1 전극 간의(또는 제1 층과 제2 전극 간의) 절연성, 접합력 및 열전도 성능을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the second layer may be formed of a resin layer including at least one of an epoxy resin composition including an epoxy resin and an inorganic filler and a silicone resin composition including polydimethylsiloxane (PDMS). Accordingly, the second layer may improve insulation between the first layer and the first electrode (or between the first layer and the second electrode), adhesion, and heat conduction performance.

여기서, 무기충전재는 수지층의 60wt% 내지 80wt%로 포함될 수 있다. 무기충전재가 60wt%미만으로 포함되면, 열전도 효과가 낮을 수 있으며, 무기충전재가 80wt%를 초과하여 포함되면 무기충전재가 수지 내에 고르게 분산되기 어려우며, 수지층은 쉽게 깨질 수 있다.Here, the inorganic filler may be included in an amount of 60 wt% to 80 wt% of the resin layer. When the inorganic filler is included in less than 60wt%, the thermal conductivity effect may be low, and when the inorganic filler is included in more than 80wt%, it is difficult for the inorganic filler to be evenly dispersed in the resin, and the resin layer may be easily broken.

그리고, 에폭시 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무기충전재는 산화알루미늄 및 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 질화물은, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.And, the epoxy resin may include an epoxy compound and a curing agent. In this case, the curing agent may be included in a volume ratio of 1 to 10 with respect to 10 volume ratio of the epoxy compound. Here, the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound, and a silicone epoxy compound. The inorganic filler may include at least one of aluminum oxide and nitride. Here, the nitride may include at least one of boron nitride and aluminum nitride.

이때, 질화붕소 응집체의 입자크기 D50은 250㎛ 내지 350㎛이고, 산화알루미늄의 입자크기 D50은 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 질화붕소 응집체의 입자크기 D50과 산화알루미늄의 입자크기 D50이 이러한 수치 범위를 만족할 경우, 질화붕소 응집체와 산화알루미늄이 수지층 내에 고르게 분산될 수 있으며, 이에 따라 수지층 전체적으로 고른 열전도 효과 및 접착 성능을 가질 수 있다.In this case, the particle size D50 of the boron nitride agglomerates may be 250 μm to 350 μm, and the particle size D50 of the aluminum oxide may be 10 μm to 30 μm. When the particle size D50 of the boron nitride agglomerate and the particle size D50 of the aluminum oxide satisfy these numerical ranges, the boron nitride agglomerate and the aluminum oxide can be evenly dispersed in the resin layer, thereby providing an even heat conduction effect and adhesion performance throughout the resin layer. can have

제2 층이 PDMS(polydimethylsiloxane) 수지 및 산화알루미늄을 포함하는 수지 조성물인 경우, 제1 층 내 실리콘의 함량(예를 들어, 중량비)은 제2 층 내 실리콘의 함량보다 높게 포함되고, 제2 층 내 알루미늄의 함량은 제1 층 내 알루미늄의 함량보다 높게 포함될 수 있다. 이에 따르면, 제1 층 내 실리콘이 내전압 성능 향상에 주로 기여하며, 제2 층 내 산화알루미늄이 열전도 성능 향상에 주로 기여할 수 있다. 이에 따라, 제1 층 및 제2 층이 모두 절연 성능 및 열전도 성능을 가지되, 제1 층의 내전압 성능은 제2 층의 내전압 성능보다 높고, 제2 층의 열전도 성능은 제1 층의 열전도 성능보다 높을 수 있다.When the second layer is a resin composition including a polydimethylsiloxane (PDMS) resin and aluminum oxide, the content (eg, weight ratio) of silicon in the first layer is higher than the content of silicon in the second layer, and the second layer The content of aluminum in the first layer may be higher than the content of aluminum in the first layer. According to this, the silicon in the first layer may mainly contribute to the improvement of the withstand voltage performance, and the aluminum oxide in the second layer may mainly contribute to the improvement of the heat conduction performance. Accordingly, both the first layer and the second layer have insulating performance and heat conduction performance, wherein the withstand voltage performance of the first layer is higher than the withstand voltage performance of the second layer, and the heat conduction performance of the second layer is the heat conduction performance of the first layer can be higher.

한편, 제1 층 및 제2 층의 조성은 서로 상이하며, 이에 따라 제1 층 및 제2 층의 경도, 탄성 계수, 인장강도, 연신율(elongation) 및 영률(Young's modulus) 중 적어도 하나가 달라질 수 있으며, 이에 따라 내전압 성능, 열전도 성능, 접합 성능 및 열충격 완화 성능 등을 제어하는 것이 가능하다.On the other hand, the composition of the first layer and the second layer are different from each other, and accordingly, at least one of hardness, elastic modulus, tensile strength, elongation, and Young's modulus of the first layer and the second layer may vary. Accordingly, it is possible to control the withstand voltage performance, heat conduction performance, bonding performance, thermal shock mitigation performance, and the like.

또한, 제1 실시예에 따른 열전 소자(110A)는 복수의 반도체 구조물(130, 140) 양단에 배치되는 제1 방지층(LP), 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150) 상에 배치되는 제2 방지층(EP) 및 제1 방지층(LP)과 제2 방지층(EP) 사이에 배치되는 접합 부재(IE)를 더 포함할 수 있다.In addition, the thermoelectric element 110A according to the first embodiment is disposed on the first prevention layer LP, the first electrode 120 , or the second electrode 150 disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures 130 and 140 . It may further include a second barrier layer EP and a bonding member IE disposed between the first barrier layer LP and the second barrier layer EP.

나아가, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 복수의 반도체 구조물을 향해 연장되는 전극 돌출부(120P)를 포함할 수 있다.Furthermore, the first electrode 120 or the second electrode 150 may include an electrode protrusion 120P extending toward the plurality of semiconductor structures.

구체적으로, 실시예에 따른 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)에 접할 수 있다. 이하에서, 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 상에 배치되는 것을 기준으로 설명한다.Specifically, the electrode protrusion 120P according to the embodiment may contact the first electrode 120 or the second electrode 150 . Hereinafter, the electrode protrusion 120P will be described based on the arrangement on the first electrode 120 .

전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120)과 접하는 또는 수직 방향(X축 방향)으로 중첩되는 반도체 구조물(130, 140)을 향해 연장될 수 있다. The electrode protrusion 120P may extend toward the semiconductor structures 130 and 140 that are in contact with the first electrode 120 or overlap in a vertical direction (X-axis direction).

또한, 전극 돌출부(120P)는 폐루프를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(120) 상에는 전극 돌출부(120P)에 의해 홈(gr)이 형성될 수 있다. 이로써, 열전 소자는 홈의 외측면 또는 전극 돌출부(120P)의 내측면인 제1 측면(ES1)과 홈(gr)의 저면 또는 전극 돌출부(120p) 내의 면인 제1 저면(BS1)을 포함할 수 있다. 나아가, 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 상에 이격 배치되며, 제1 전극(120) 상에서 인접한 전극 돌출부(120P) 사이에는 전극 돌출부(120P)에 의한 그루브(groove)가 위치할 수 있다.Also, the electrode protrusion 120P may form a closed loop. Accordingly, a groove gr may be formed on the first electrode 120 by the electrode protrusion 120P. Accordingly, the thermoelectric element may include a first side surface ES1 that is an outer surface of the groove or an inner surface of the electrode protrusion 120P, and a first bottom surface BS1 that is a bottom surface of the groove gr or a surface within the electrode protrusion 120p. have. Furthermore, the electrode protrusions 120P are spaced apart from each other on the first electrode 120 , and a groove formed by the electrode protrusions 120P may be positioned between the electrode protrusions 120P adjacent on the first electrode 120 . have.

또한, 제1 전극(120)은 제1 측면(ES1) 및 제1 저면(BS1)을 포함할 수 있으며, 이는 제1 전극(120)의 상면의 일부 영역에 위치한 면일 수 있다. Also, the first electrode 120 may include a first side surface ES1 and a first bottom surface BS1 , which may be a surface located in a partial region of the upper surface of the first electrode 120 .

제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140) 양단에 배치될 수 있다. 또한, 제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140)과 접하며, 제1 전극(120)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이 및 제2 전극(150)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이에 배치될 수 있다.The first barrier layer LP may be disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures 130 and 140 . In addition, the first barrier layer LP is in contact with the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , between the first electrode 120 and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , and between the second electrode 150 and the plurality of semiconductor structures. It may be disposed between (130, 140).

제1 방지층(LP)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 방지층(LP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 제1 방지층(LP)은 제1 전극의 성분(예로, Cu)과 후술하는 접합 부재(IE)의 성분(예로, Sn)이 반도체 구조물(130, 140)로 이동 또는 마이그레이션(migration)하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)의 예컨대 주석(Sn)이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 접합 부재(IE)와 제1 전극(120)이 접하는 영역에 공극이 형성됨에 따라, 반도체 구조물과 제1 전극(120) 간의 전기적 연결이 끊어지는 또는 개방(open)되는 문제가 방지될 수 있다. 다시 말해, 제1 방지층(LP)은 제1 전극(120)의 성분 또는 접합 부재(IE)의 성분이 이동하는 것을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.The first blocking layer LP may be formed of a metal. For example, the first barrier layer LP may include nickel (Ni). The first prevention layer LP prevents a component (eg, Cu) of the first electrode and a component (eg, Sn) of the bonding member IE, which will be described later, from moving or migrating to the semiconductor structures 130 and 140 . can do. According to this configuration, as tin (Sn) of the bonding member IE moves to the semiconductor structures 130 and 140 to form a void in a region where the bonding member IE and the first electrode 120 contact each other, the semiconductor A problem in which the electrical connection between the structure and the first electrode 120 is broken or opened can be prevented. In other words, the first prevention layer LP may prevent a component of the first electrode 120 or a component of the bonding member IE from moving, thereby stably maintaining an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

제2 방지층(EP)은 제1 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 실시예로, 제2 방지층(EP)은 전극 돌출부(120p)에 의해 형성되는 홈(gr) 내에 위치할 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 홈(gr) 내에서 제1 측면(ES1)과 제1 저면(BS1)에 접할 수 있다. The second prevention layer EP may be positioned on the first electrode 120 . In an embodiment, the second prevention layer EP may be positioned in the groove gr formed by the electrode protrusion 120p. That is, the second barrier layer EP may contact the first side surface ES1 and the first bottom surface BS1 in the groove gr.

제2 방지층(EP)은 제1 방지층(LP)과 마찬가지로 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 방지층(EP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이에, 소정의 온도(예로, 고온)에서 반도체 구조물(130, 140)의 성분(예로, BiTe)와 접합 부재의 성분(예로, Sn)이 서로 결합하여 SnTe이 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 전극(120)과 제2 방지층(EP) 간의 접합 면적이 감소하여 전기적 연결이 끊어지는 문제가 방지될 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.The second barrier layer EP may be made of a metal like the first barrier layer LP. For example, the second barrier layer EP may include nickel (Ni). The second prevention layer EP may prevent a component of the first electrode 120 from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . Accordingly, at a predetermined temperature (eg, high temperature), a component (eg, BiTe) of the semiconductor structures 130 and 140 and a component (eg, Sn) of the bonding member are combined with each other to form SnTe. Due to this configuration, the component of the first electrode 120 moves to the semiconductor structures 130 and 140 , and the junction area between the first electrode 120 and the second prevention layer EP decreases, so that the electrical connection is cut off. can be prevented. That is, the second prevention layer EP may prevent movement of the first electrode 120 to stably maintain an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP)과 제2 방지층(EP) 사이에 배치되어 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)을 서로 결합시킬 수 있다.The bonding member IE may be disposed between the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to couple the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to each other.

또한, 접합 부재(IE)는 금속 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 접합 부재(IE)는 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 그리고 접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)과 마찬가지로 전도성일 수 있다.Also, the bonding member IE may include a metal component. For example, the bonding member IE may include tin (Sn). In addition, the bonding member IE may be conductive, similarly to the first prevention layer LP and the second prevention layer EP.

실시예로, 접합 부재(IE)는 전극 돌출부(120p)에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 접합 부재(IE)는 제2 방지층(EP)과 동일하게 전극 돌출부(120p)에 의해 형성된 홈(gr) 내에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제조 공정 상에서(예로, 압착 공정 시) 접합 부재(IE)는 일부가 복수의 반도체 구조물(130, 140)로 이동하지 않을 수 있다. 즉, 전극 돌출부(120p)는 접합 부재(IE)가 제1 방지층(LP)의 측면을 따라 반도체 구조물(130, 140)의 측면으로 이동하거나 접하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(IE)의 일부 성분(예로, 주석(Sn))이 제1 방지층(LP)을 지나 상술한 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 방지층(LP)과 반도체 구조물(130, 140) 간의 접합 면적이 감소하는 문제가 차단될 수 있다. 이로써, 실시예에 다른 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.In an embodiment, the bonding member IE may be surrounded by the electrode protrusion 120p. That is, the bonding member IE may be positioned in the groove gr formed by the electrode protrusion 120p in the same manner as the second prevention layer EP. Accordingly, a portion of the bonding member IE may not move to the plurality of semiconductor structures 130 and 140 during a manufacturing process (eg, during a compression process). That is, the electrode protrusion 120p may prevent the bonding member IE from moving or coming into contact with the side surfaces of the semiconductor structures 130 and 140 along the side surface of the first prevention layer LP. Accordingly, some components (eg, tin (Sn)) of the bonding member IE pass through the first barrier layer LP and move to the above-described semiconductor structures 130 and 140 to form the first barrier layer LP and the semiconductor structure ( 130 and 140) can be prevented from reducing the joint area. Accordingly, the electrical reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

그리고 실시예에 따른 전극 돌출부(120p)는 제1 방지층(LP)과 접할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 전극 돌출부(120p)는 반도체 구조물(130, 140)과 접하지 않을 수 있다. 즉, 전극 돌출부(120p)는 반도체 구조물(130, 140)과 제1 방향(X축 방향)으로 이격될 수 있다. 예컨대, 전극 돌출부(120p)는 반도체 구조물(130, 140)의 하부에 위치할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 전극 돌출부(120p)는 접합 부재(IE)의 일부가 압착에 의해 홈(gr)의 외부로 이동하더라도 반도체 구조물(130, 140)이 아닌 전극 돌출부(120p) 상면으로 이동할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 더욱 개선될 수 있다.In addition, the electrode protrusion 120p according to the embodiment may be in contact with the first blocking layer LP. Also, in this embodiment, the electrode protrusion 120p may not contact the semiconductor structures 130 and 140 . That is, the electrode protrusion 120p may be spaced apart from the semiconductor structures 130 and 140 in the first direction (X-axis direction). For example, the electrode protrusion 120p may be positioned under the semiconductor structures 130 and 140 . With this configuration, the electrode protrusion 120p may move to the upper surface of the electrode protrusion 120p rather than the semiconductor structures 130 and 140 even if a portion of the bonding member IE moves to the outside of the groove gr by compression. . Accordingly, the electrical reliability of the thermoelectric element may be further improved.

또한, 실시예로, 전극 돌출부(120p)의 높이(H1)는 접합 부재(IE)의 높이(H2)보다 클 수 있다. 본 명세서에서 높이는 수직 방향으로 길이를 의미한다.Also, in an embodiment, the height H1 of the electrode protrusion 120p may be greater than the height H2 of the bonding member IE. In this specification, the height means the length in the vertical direction.

그리고 전극 돌출부(120p)의 높이(H1)는 접합 부재(IE)의 높이(H2)와 비가 1:0.25 내지 1:0.75일 수 있다. 상기 비가 1:0.25보다 작은 경우 제1 전극과 제2 전극의 전극 돌출부가 접하는 구조상 문제가 발생하는 문제가 존재한다. 그리고 상기 비가 1:0.75보다 큰 경우 접합 부재(IE)가 제1 방지층을 지나 반도체 구조물 측면으로 일부 이동하는 문제가 존재한다.In addition, the ratio of the height H1 of the electrode protrusion 120p to the height H2 of the bonding member IE may be 1:0.25 to 1:0.75. When the ratio is less than 1:0.25, there is a problem in that the electrode protrusions of the first electrode and the second electrode are in contact with each other in terms of structure. In addition, when the ratio is greater than 1:0.75, there is a problem in that the bonding member IE partially moves to the side of the semiconductor structure through the first blocking layer.

또한, 제2 방지층(EP)의 높이(H3)는 접합 부재(IE)의 높이(H2)보다 작을 수 있다. 그리고 제1 방지층(LP)의 높이(H4)는 접합 부재(IE)의 높이(H2)보다 작을 수 있다. 예컨대, 접합 부재(IE)의 높이(H2)는 제1 방지층 또는 제2 방지층의 높이(H3, H4)의 0.4배 내지 0.6배일 수 있다.Also, the height H3 of the second prevention layer EP may be smaller than the height H2 of the bonding member IE. In addition, the height H4 of the first blocking layer LP may be smaller than the height H2 of the bonding member IE. For example, the height H2 of the bonding member IE may be 0.4 to 0.6 times the heights H3 and H4 of the first or second barrier layers.

도 8은 제2 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 9는 도 8의 K2의 확대도이다.8 is a cross-sectional view of the thermoelectric element according to the second embodiment, and FIG. 9 is an enlarged view of K2 of FIG. 8 .

제2 실시예에 따른 열전 소자(100B)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치되는 절연층(170), 절연층(170) 상에 배치되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치되는 복수의 반도체 구조물(130, 140), 복수의 반도체 구조물(130, 140) 상에 배치되는 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치되는 절연층(170) 및 절연층(170) 상에 배치되는 제2 기판(160)을 포함할 수 있다.The thermoelectric element 100B according to the second embodiment includes a first substrate 110 , an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 , and a first electrode 120 disposed on the insulating layer 170 . , a plurality of semiconductor structures 130 and 140 disposed on the first electrode 120 , a second electrode 150 disposed on the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , and disposed on the second electrode 150 . It may include an insulating layer 170 to be used and a second substrate 160 disposed on the insulating layer 170 .

그리고 제1 기판(110), 복수의 반도체 구조물(130, 140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)은 도 1 내지 도 4의 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. In addition, the first substrate 110 , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 are the first substrate 110 and the first electrode 120 of FIGS. 1 to 4 . ), the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 may be equally applied.

또한, 제2 실시예에 따른 열전 소자(100B)는 제1 기판(110) 상에 또는 제2 기판(160) 하부에 배치되는 절연층(170)을 포함할 수 있다. 실시예로, 절연층(170)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 기판 또는 제2 기판과 접하고, 제2 층은 제1 전극 또는 제2 전극과 접할 수 있다. 이에 대한 설명은 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the thermoelectric element 100B according to the second embodiment may include an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 or under the second substrate 160 . In an embodiment, the insulating layer 170 may include a first layer and a second layer. The first layer may be in contact with the first substrate or the second substrate, and the second layer may be in contact with the first electrode or the second electrode. As for this description, the above contents may be applied in the same way.

또한, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 복수의 반도체 구조물을 향해 연장되는 전극 돌출부(120P)를 포함할 수 있다. 또한, 절연층(170), 전극 돌출부(120P), 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)에 대한 설명은 후술하는 내용을 제외하고 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.Also, the first electrode 120 or the second electrode 150 may include an electrode protrusion 120P extending toward the plurality of semiconductor structures. In addition, the description of the insulating layer 170 , the electrode protrusion 120P, the first prevention layer LP, and the second prevention layer EP may be the same as described above, except for the following description.

구체적으로, 제2 실시예에 따른 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)에 접할 수 있다. 이하에서, 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 상에 배치되는 것을 기준으로 설명한다.Specifically, the electrode protrusion 120P according to the second embodiment may contact the first electrode 120 or the second electrode 150 . Hereinafter, the electrode protrusion 120P will be described based on the arrangement on the first electrode 120 .

그리고 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120)과 접하는 또는 수직 방향(X축 방향)으로 중첩되는 반도체 구조물(130, 140)을 향해 연장될 수 있다. 또한, 전극 돌출부(120P)는 폐루프를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(120) 상에는 전극 돌출부(120P)에 의해 홈이 형성될 수 있다. 이로써, 열전 소자는 홈의 외측면 또는 전극 돌출부(120P)의 내측면인 제1 측면과 홈의 저면 또는 전극 돌출부(120p) 내의 면인 제1 저면을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(120)은 제1 측면 및 제1 저면을 포함할 수 있으며, 이는 제1 전극(120)의 상면의 일부 영역에 위치한 면일 수 있다.In addition, the electrode protrusion 120P may extend toward the semiconductor structures 130 and 140 that are in contact with the first electrode 120 or overlap in a vertical direction (X-axis direction). Also, the electrode protrusion 120P may form a closed loop. Accordingly, a groove may be formed on the first electrode 120 by the electrode protrusion 120P. Accordingly, the thermoelectric element may include a first side surface that is an outer surface of the groove or an inner surface of the electrode protrusion 120P, and a first bottom surface that is a bottom surface of the groove or a surface inside the electrode protrusion 120p. Also, the first electrode 120 may include a first side surface and a first bottom surface, which may be a surface located in a partial region of the upper surface of the first electrode 120 .

제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140) 양단에 배치될 수 있다. 또한, 제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140)과 접하며, 제1 전극(120)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이 및 제2 전극(150)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이에 배치될 수 있다.The first barrier layer LP may be disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures 130 and 140 . In addition, the first barrier layer LP is in contact with the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , between the first electrode 120 and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , and between the second electrode 150 and the plurality of semiconductor structures. It may be disposed between (130, 140).

제1 방지층(LP)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 방지층(LP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 제1 방지층(LP)은 제1 전극의 성분과 후술하는 접합 부재(IE)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)의 예컨대 주석(Sn)이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 접합 부재(IE) 내의 공극이 형성되어 반도체 구조물과 제1 전극(120) 간의 전기적 연결이 끊어지는 또는 개방(open)되는 문제가 방지될 수 있다. 다시 말해, 제1 방지층(LP)은 제1 전극(120) 또는 접합 부재(IE)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.The first blocking layer LP may be formed of a metal. For example, the first barrier layer LP may include nickel (Ni). The first blocking layer LP may prevent a component of the first electrode and a component of the bonding member IE, which will be described later, from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . With this configuration, for example, tin (Sn) of the bonding member IE moves to the semiconductor structures 130 and 140 to form a void in the bonding member IE, so that the electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode 120 is reduced. The problem of breaking or opening can be prevented. In other words, the first prevention layer LP may prevent movement of the first electrode 120 or the bonding member IE, thereby stably maintaining an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

제2 방지층(EP)은 제1 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 실시예로, 제2 방지층(EP)은 전극 돌출부(120p)에 의해 형성되는 홈 내에 위치할 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 홈에서 제1 측면과 제1 저면에 접할 수 있다. The second prevention layer EP may be positioned on the first electrode 120 . In an embodiment, the second prevention layer EP may be positioned in a groove formed by the electrode protrusion 120p. That is, the second prevention layer EP may contact the first side surface and the first bottom surface in the groove.

제2 방지층(EP)은 제1 방지층(LP)과 마찬가지로 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 방지층(EP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 전극(120)과 제2 방지층(EP) 간의 접합 면적이 감소하여 전기적 연결이 끊어지는 문제가 방지될 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.The second barrier layer EP may be made of a metal like the first barrier layer LP. For example, the second barrier layer EP may include nickel (Ni). The second prevention layer EP may prevent a component of the first electrode 120 from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . Due to this configuration, the component of the first electrode 120 moves to the semiconductor structures 130 and 140 , and the junction area between the first electrode 120 and the second prevention layer EP decreases, so that the electrical connection is cut off. can be prevented. That is, the second prevention layer EP may prevent movement of the first electrode 120 to stably maintain an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP)과 제2 방지층(EP) 사이에 배치되어 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)을 서로 결합시킬 수 있다.The bonding member IE may be disposed between the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to couple the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to each other.

접합 부재(IE)는 금속 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 접합 부재(IE)는 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 이에, 접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)과 마찬가지로 전도성일 수 있다.The bonding member IE may include a metal component. For example, the bonding member IE may include tin (Sn). Accordingly, the bonding member IE may be conductive, similarly to the first prevention layer LP and the second prevention layer EP.

실시예로, 접합 부재(IE)는 전극 돌출부(120p)에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 접합 부재(IE)는 제2 방지층(EP)과 동일하게 전극 돌출부(120p)에 의해 형성된 홈(gr) 내에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제조 공정 상에서(예로, 압착 공정 시) 접합 부재(IE)는 일부가 복수의 반도체 구조물(130, 140)로 이동하지 않을 수 있다. 즉, 전극 돌출부(120p)는 접합 부재(IE)가 제1 방지층(LP)의 측면을 따라 반도체 구조물(130, 140)의 측면으로 이동하거나 접하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(IE)의 일부 성분(예로, 주석(Sn))이 제1 방지층(LP)을 지나 상술한 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 방지층(LP)과 반도체 구조물(130, 140) 간의 접합 면적이 감소하는 문제가 차단될 수 있다. 이로써, 실시예에 다른 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.In an embodiment, the bonding member IE may be surrounded by the electrode protrusion 120p. That is, the bonding member IE may be positioned in the groove gr formed by the electrode protrusion 120p in the same manner as the second prevention layer EP. Accordingly, a portion of the bonding member IE may not move to the plurality of semiconductor structures 130 and 140 during a manufacturing process (eg, during a compression process). That is, the electrode protrusion 120p may prevent the bonding member IE from moving or coming into contact with the side surfaces of the semiconductor structures 130 and 140 along the side surface of the first prevention layer LP. Accordingly, some components (eg, tin (Sn)) of the bonding member IE pass through the first barrier layer LP and move to the above-described semiconductor structures 130 and 140 to form the first barrier layer LP and the semiconductor structure ( 130 and 140) can be prevented from reducing the joint area. Accordingly, the electrical reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

그리고 실시예에 따른 전극 돌출부(120p)는 제2 방지층(EP), 접합 부재(IE), 제1 방지층(LP) 및 반도체 구조물(130, 140)의 일부와 접할 수 있다. 예컨대, 전극 돌출부(120p)의 높이(H1)는 제1 방지층(LP)의 높이(H4), 제2 방지층(EP)의 높이(H3) 및 접합 부재(IE)의 높이(H3)보다 클 수 있다.In addition, the electrode protrusion 120p according to the embodiment may be in contact with a portion of the second prevention layer EP, the bonding member IE, the first prevention layer LP, and the semiconductor structures 130 and 140 . For example, the height H1 of the electrode protrusion 120p may be greater than the height H4 of the first barrier layer LP, the height H3 of the second barrier layer EP, and the height H3 of the bonding member IE. have.

본 실시예에서, 전극 돌출부(120p)는 반도체 구조물(130, 140)과 제1 방향(X축 방향)에 수직한 방향(이하 수평 방향)으로 중첩될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 전극 돌출부(120p)는 제1 방지층(LP) 상의 반도체 구조물(130, 140)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에, 반도체 구조물(130, 140)이 전극 돌출부(120p)에 의해 용이하게 지지되므로 열전 소자의 구조적 신뢰성이 더욱 개선될 수 있다.In this embodiment, the electrode protrusion 120p may overlap the semiconductor structures 130 and 140 in a direction perpendicular to the first direction (X-axis direction) (hereinafter referred to as a horizontal direction). With this configuration, the electrode protrusion 120p may be disposed to surround the semiconductor structures 130 and 140 on the first prevention layer LP. Accordingly, since the semiconductor structures 130 and 140 are easily supported by the electrode protrusions 120p, the structural reliability of the thermoelectric element may be further improved.

도 10은 제3 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 11은 도 10에서 K3의 확대도이고, 도 12는 제3 실시예에 따른 열전 소자의 구성요소 간의 결합을 설명하는 사시도이다.10 is a cross-sectional view of the thermoelectric element according to the third embodiment, FIG. 11 is an enlarged view of K3 in FIG. 10 , and FIG. 12 is a perspective view illustrating coupling between components of the thermoelectric element according to the third embodiment.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 제3 실시예에 따른 열전 소자(100C)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치되는 절연층(170), 절연층(170) 상에 배치되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치되는 복수의 반도체 구조물(130, 140), 복수의 반도체 구조물(130, 140) 상에 배치되는 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치되는 절연층(170) 및 절연층(170) 상에 배치되는 제2 기판(160)을 포함할 수 있다.10 to 12 , the thermoelectric device 100C according to the third embodiment includes a first substrate 110 , an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 , and the insulating layer 170 . The first electrode 120 disposed on the , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 disposed on the first electrode 120, the second electrode 150 disposed on the plurality of semiconductor structures 130 and 140, It may include an insulating layer 170 disposed on the second electrode 150 and a second substrate 160 disposed on the insulating layer 170 .

그리고 제1 기판(110), 복수의 반도체 구조물(130, 140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)은 도 1 내지 도 4의 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. In addition, the first substrate 110 , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 are the first substrate 110 and the first electrode 120 of FIGS. 1 to 4 . ), the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 may be equally applied.

또한, 제3 실시예에 따른 열전 소자(100C)는 제1 기판(110) 상에 또는 제2 기판(160) 하부에 배치되는 절연층(170)을 포함할 수 있다. In addition, the thermoelectric element 100C according to the third embodiment may include an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 or under the second substrate 160 .

실시예로, 절연층(170)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 기판 또는 제2 기판과 접하고, 제2 층은 제1 전극 또는 제2 전극과 접할 수 있다. 나아가, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 상면(120k)에 형성된 리세스(RS)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 리세스(RS)를 포함하며, 이하에서 제1 전극(120)의 리세스(RS)를 기준으로 설명한다.In an embodiment, the insulating layer 170 may include a first layer and a second layer. The first layer may be in contact with the first substrate or the second substrate, and the second layer may be in contact with the first electrode or the second electrode. Furthermore, the first electrode 120 or the second electrode 150 may include a recess RS formed in the upper surface 120k. That is, the first electrode 120 or the second electrode 150 includes the recess RS, and the following description will be made based on the recess RS of the first electrode 120 .

또한, 절연층(170), 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)에 대한 설명은 후술하는 내용을 제외하고 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the description of the insulating layer 170 , the first prevention layer LP, and the second prevention layer EP may be the same as described above, except for the following description.

구체적으로, 제3 실시예에 따른 리세스(RS)는 제2 측면(f2) 및 제2 저면(f1)을 포함할 수 있다. 제2 측면(f2)은 폐루프를 형성하여 제2 저면(f1)을 둘러쌀 수 있다. 이러한 리세스(RS)는 상술한 전극 돌출부의 홈에 대응할 수 있다.Specifically, the recess RS according to the third embodiment may include a second side surface f2 and a second bottom surface f1. The second side surface f2 may form a closed loop to surround the second bottom surface f1. The recess RS may correspond to the groove of the electrode protrusion described above.

그리고 리세스(RS)에는 제2 방지층(EP), 접합 부재(IE), 제1 방지층(LP)이 안착할 수 있다. 또한, 리세스(RS)에는 반도체 구조물(130, 140)의 일부가 위치할 수 있다.In addition, the second prevention layer EP, the bonding member IE, and the first prevention layer LP may be seated in the recess RS. Also, a portion of the semiconductor structures 130 and 140 may be positioned in the recess RS.

이에, 리세스(RS)의 제2 측면(f2)은 제2 방지층(EP), 접합 부재(IE), 제1 방지층(LP) 및 반도체 구조물(130, 140)의 일부와 접할 수 있다. 또한, 리세스(RS)의 제2 저면(f1)은 제2 방지층(EP)과 접할 수 있다.Accordingly, the second side surface f2 of the recess RS may contact the second prevention layer EP, the bonding member IE, the first prevention layer LP, and portions of the semiconductor structures 130 and 140 . Also, the second bottom surface f1 of the recess RS may be in contact with the second prevention layer EP.

제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140) 양단에 배치될 수 있다. 또한, 제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140)과 접하며, 제1 전극(120)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이 및 제2 전극(150)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이에 배치될 수 있다.The first barrier layer LP may be disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures 130 and 140 . In addition, the first barrier layer LP is in contact with the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , between the first electrode 120 and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , and between the second electrode 150 and the plurality of semiconductor structures. It may be disposed between (130, 140).

제1 방지층(LP)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 방지층(LP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 제1 방지층(LP)은 리세스(RS) 내에 위치할 수 있다. 제1 방지층(LP)은 제1 전극의 성분과 후술하는 접합 부재(IE)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)의 예컨대 주석(Sn)이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 접합 부재(IE) 내의 공극이 형성됨으로써 반도체 구조물과 제1 전극(120) 간의 전기적 연결이 끊어지는 또는 개방(open)되는 문제가 방지될 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.The first blocking layer LP may be formed of a metal. For example, the first barrier layer LP may include nickel (Ni). The first blocking layer LP may be located in the recess RS. The first blocking layer LP may prevent a component of the first electrode and a component of the bonding member IE, which will be described later, from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . With this configuration, for example, tin (Sn) of the bonding member IE moves to the semiconductor structures 130 and 140 to form voids in the bonding member IE, so that the electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode 120 is reduced. The problem of breaking or opening can be prevented. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

제2 방지층(EP)은 제1 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 그리고 제2 방지층(EP)도 리세스(RS) 내에 위치할 수 있다. 제2 방지층(EP)은 리세스(RS)의 제2 측면(f2)과 제2 저면(f1)에 접할 수 있다.The second prevention layer EP may be positioned on the first electrode 120 . Also, the second prevention layer EP may be located in the recess RS. The second barrier layer EP may be in contact with the second side surface f2 and the second bottom surface f1 of the recess RS.

제2 방지층(EP)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 방지층(EP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 전극(120)과 제2 방지층(EP) 간의 접합 면적이 감소하여 전기적 연결이 끊어지는 문제가 방지될 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.The second prevention layer EP may be formed of a metal. For example, the second barrier layer EP may include nickel (Ni). The second prevention layer EP may prevent a component of the first electrode 120 from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . Due to this configuration, the component of the first electrode 120 moves to the semiconductor structures 130 and 140 , and the junction area between the first electrode 120 and the second prevention layer EP decreases, so that the electrical connection is cut off. can be prevented. That is, the second prevention layer EP may prevent movement of the first electrode 120 to stably maintain an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP)과 제2 방지층(EP) 사이에 배치되어 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)을 서로 결합시킬 수 있다.The bonding member IE may be disposed between the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to couple the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to each other.

접합 부재(IE)는 금속 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 접합 부재(IE)는 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 이에, 접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)과 마찬가지로 전도성일 수 있다.The bonding member IE may include a metal component. For example, the bonding member IE may include tin (Sn). Accordingly, the bonding member IE may be conductive, similarly to the first prevention layer LP and the second prevention layer EP.

실시예로, 접합 부재(IE)는 리세스(RS) 내에 배치되어 리세스(RS)의 제2 측면(f2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이에 따라, 제조 공정 상에서(예로, 압착 공정시) 접합 부재(IE)는 일부가 복수의 반도체 구조물(130, 140)로 이동하지 않을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)의 일부 성분(예로, 주석(Sn))이 제1 방지층(LP)을 지나 상술한 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 방지층(LP)과 반도체 구조물(130, 140) 간의 접합 면적이 감소하는 문제가 차단될 수 있다. 이로써, 실시예에 다른 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.In an embodiment, the bonding member IE may be disposed in the recess RS and may be surrounded by the second side surface f2 of the recess RS. Accordingly, a portion of the bonding member IE may not move to the plurality of semiconductor structures 130 and 140 during a manufacturing process (eg, during a compression process). Due to this configuration, some components (eg, tin (Sn)) of the bonding member IE move to the above-described semiconductor structures 130 and 140 through the first blocking layer LP, and the first blocking layer LP and the semiconductor A problem in which the bonding area between the structures 130 and 140 decreases may be prevented. Accordingly, the electrical reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

그리고 리세스(RS)의 높이(H1)는 접합 부재(IE)의 높이(H2)보다 클 수 있다. 또한, 리세스(RS)의 높이(H1)는 제1 방지층(LP)의 높이, 제2 방지층(EP)의 높이 및 접합 부재(IE)의 높이(H2)보다 클 수 있다. 이러한 구성에, 리세스(RS)는 접합 부재(IE) 및 제1 방지층(LP) 상의 반도체 구조물(130, 140)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에, 반도체 구조물(130, 140)이 리세스(RS)에 의해 용이하게 지지되고, 접합 부재(IE)가 반도체 구조물(130, 140)로 이동할 수 있는 경로가 차단되므로 열전 소자의 구조적 신뢰성과 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.In addition, the height H1 of the recess RS may be greater than the height H2 of the bonding member IE. Also, the height H1 of the recess RS may be greater than the height of the first barrier layer LP, the height of the second barrier layer EP, and the height H2 of the bonding member IE. In this configuration, the recess RS may be disposed to surround the semiconductor structures 130 and 140 on the bonding member IE and the first prevention layer LP. Accordingly, since the semiconductor structures 130 and 140 are easily supported by the recesses RS and the path through which the bonding member IE can move to the semiconductor structures 130 and 140 is blocked, the structural reliability of the thermoelectric element and electrical performance are improved. Reliability can be improved.

도 13은 제4 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 14는 도 13에서 K4의 확대도이다.13 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a fourth embodiment, and FIG. 14 is an enlarged view of K4 in FIG. 13 .

도 13 및 도 14를 참조하면, 제4 실시예에 따른 열전 소자(100D)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치되는 절연층(170), 절연층(170, 하부 절연층 또는 제1 절연층) 상에 배치되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치되는 복수의 반도체 구조물(130, 140), 복수의 반도체 구조물(130, 140) 상에 배치되는 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치되는 절연층(170, 상부 절연층 또는 제2 절연층) 및 절연층(170) 상에 배치되는 제2 기판(160)을 포함할 수 있다.13 and 14 , in the thermoelectric device 100D according to the fourth embodiment, a first substrate 110 , an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 , an insulating layer 170 , and a lower part of the thermoelectric element 100D on the first electrode 120 disposed on the insulating layer or the first insulating layer), the plurality of semiconductor structures 130 and 140 disposed on the first electrode 120 , and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 A second electrode 150 disposed on the second electrode 150 , an insulating layer 170 (an upper insulating layer or second insulating layer) disposed on the second electrode 150 , and a second substrate 160 disposed on the insulating layer 170 , may include

그리고 제1 기판(110), 복수의 반도체 구조물(130, 140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)은 도 1 내지 도 4의 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. In addition, the first substrate 110 , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 are the first substrate 110 and the first electrode 120 of FIGS. 1 to 4 . ), the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 may be equally applied.

또한, 제4 실시예에 따른 열전 소자(100D)는 제1 기판(110) 상에 또는 제2 기판(160) 하부에 배치되는 절연층(170)을 포함할 수 있다. 실시예로, 절연층(170)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 기판 또는 제2 기판과 접하고, 제2 층은 제1 전극 또는 제2 전극과 접할 수 있다. 이는 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the thermoelectric element 100D according to the fourth embodiment may include the insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 or under the second substrate 160 . In an embodiment, the insulating layer 170 may include a first layer and a second layer. The first layer may be in contact with the first substrate or the second substrate, and the second layer may be in contact with the first electrode or the second electrode. In this case, the above description may be applied in the same manner.

그리고 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 복수의 반도체 구조물을 향해 연장되는 전극 돌출부(120P)를 포함할 수 있다.In addition, the first electrode 120 or the second electrode 150 may include an electrode protrusion 120P extending toward the plurality of semiconductor structures.

또한, 절연층(170), 전극 돌출부(120P), 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)에 대한 설명은 후술하는 내용을 제외하고 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the description of the insulating layer 170 , the electrode protrusion 120P, the first prevention layer LP, and the second prevention layer EP may be the same as described above, except for the following description.

구체적으로, 제4 실시예에 따른 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)에 접할 수 있다. 이하에서, 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 상에 배치되는 것을 기준으로 설명한다.Specifically, the electrode protrusion 120P according to the fourth embodiment may contact the first electrode 120 or the second electrode 150 . Hereinafter, the electrode protrusion 120P will be described based on the arrangement on the first electrode 120 .

그리고 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120)과 접하는 또는 수직 방향(X축 방향)으로 중첩되는 반도체 구조물(130, 140)을 향해 연장될 수 있다. 또한, 전극 돌출부(120P)는 폐루프를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(120) 상에는 전극 돌출부(120P)에 의해 홈이 형성될 수 있다. 이로써, 열전 소자는 홈의 외측면 또는 전극 돌출부(120P)의 내측면인 제1 측면과 홈의 저면 또는 전극 돌출부(120p) 내의 면인 제1 저면을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(120)은 제1 측면 및 제1 저면을 포함할 수 있으며, 이는 제1 전극(120)의 상면의 일부 영역에 위치한 면일 수 있다.In addition, the electrode protrusion 120P may extend toward the semiconductor structures 130 and 140 that are in contact with the first electrode 120 or overlap in a vertical direction (X-axis direction). Also, the electrode protrusion 120P may form a closed loop. Accordingly, a groove may be formed on the first electrode 120 by the electrode protrusion 120P. Accordingly, the thermoelectric element may include a first side surface that is an outer surface of the groove or an inner surface of the electrode protrusion 120P, and a first bottom surface that is a bottom surface of the groove or a surface within the electrode protrusion 120p. Also, the first electrode 120 may include a first side surface and a first bottom surface, which may be a surface located in a partial region of the upper surface of the first electrode 120 .

제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140) 양단에 배치될 수 있다. 또한, 제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140)과 접하며, 제1 전극(120)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이 및 제2 전극(150)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이에 배치될 수 있다.The first barrier layer LP may be disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures 130 and 140 . In addition, the first barrier layer LP is in contact with the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , between the first electrode 120 and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , and between the second electrode 150 and the plurality of semiconductor structures. It may be disposed between (130, 140).

제1 방지층(LP)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 방지층(LP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 제1 방지층(LP)은 제1 전극의 성분과 후술하는 접합 부재(IE)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)의 예컨대 주석(Sn)이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 접합 부재(IE) 내의 공극이 형성됨으로써 반도체 구조물과 제1 전극(120) 간의 전기적 연결이 끊어지는 또는 개방(open)되는 문제가 방지될 수 있다. 다시 말해, 제1 방지층(LP)은 제1 전극(120) 또는 접합 부재(IE)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.The first blocking layer LP may be formed of a metal. For example, the first barrier layer LP may include nickel (Ni). The first blocking layer LP may prevent a component of the first electrode and a component of the bonding member IE, which will be described later, from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . According to this configuration, tin (Sn) of the bonding member IE moves to the semiconductor structures 130 and 140 to form voids in the bonding member IE, so that the electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode 120 is reduced. The problem of breaking or opening can be prevented. In other words, the first prevention layer LP may prevent movement of the first electrode 120 or the bonding member IE, thereby stably maintaining an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

제2 방지층(EP)은 제1 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 실시예로, 제2 방지층(EP)은 전극 돌출부(120p)에 의해 형성되는 홈 내에 위치할 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 홈 내에서 제1 측면과 제1 저면에 접할 수 있다. The second prevention layer EP may be positioned on the first electrode 120 . In an embodiment, the second prevention layer EP may be positioned in a groove formed by the electrode protrusion 120p. That is, the second prevention layer EP may contact the first side surface and the first bottom surface in the groove.

제2 방지층(EP)은 제1 방지층(LP)과 마찬가지로 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 방지층(EP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 전극(120)과 제2 방지층(EP) 간의 접합 면적이 감소하여 전기적 연결이 끊어지는 문제가 방지될 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.The second barrier layer EP may be made of a metal like the first barrier layer LP. For example, the second barrier layer EP may include nickel (Ni). The second prevention layer EP may prevent a component of the first electrode 120 from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . Due to this configuration, the component of the first electrode 120 moves to the semiconductor structures 130 and 140 , and the junction area between the first electrode 120 and the second prevention layer EP decreases, so that the electrical connection is cut off. can be prevented. That is, the second prevention layer EP may prevent movement of the first electrode 120 to stably maintain an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP)과 제2 방지층(EP) 사이에 배치되어 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)을 서로 결합시킬 수 있다.The bonding member IE may be disposed between the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to couple the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to each other.

접합 부재(IE)는 금속 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 접합 부재(IE)는 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 이에, 접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)과 마찬가지로 전도성일 수 있다.The bonding member IE may include a metal component. For example, the bonding member IE may include tin (Sn). Accordingly, the bonding member IE may be conductive, similarly to the first prevention layer LP and the second prevention layer EP.

실시예로, 접합 부재(IE)는 전극 돌출부(120p)에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 접합 부재(IE)는 제2 방지층(EP)과 동일하게 전극 돌출부(120p)에 의해 형성된 홈(gr) 내에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제조 공정 상에서(예로, 압착 공정시) 접합 부재(IE)는 일부가 복수의 반도체 구조물(130, 140)로 이동하지 않을 수 있다. 즉, 전극 돌출부(120p)는 접합 부재(IE)가 제1 방지층(LP)의 측면을 따라 반도체 구조물(130, 140)의 측면으로 이동하거나 접하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(IE)의 일부 성분(예로, 주석(Sn))이 제1 방지층(LP)을 지나 상술한 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 방지층(LP)과 반도체 구조물(130, 140) 간의 접합 면적이 감소하는 문제가 차단될 수 있다. 이로써, 실시예에 다른 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.In an embodiment, the bonding member IE may be surrounded by the electrode protrusion 120p. That is, the bonding member IE may be positioned in the groove gr formed by the electrode protrusion 120p in the same manner as the second prevention layer EP. Accordingly, a portion of the bonding member IE may not move to the plurality of semiconductor structures 130 and 140 during a manufacturing process (eg, during a compression process). That is, the electrode protrusion 120p may prevent the bonding member IE from moving or coming into contact with the side surfaces of the semiconductor structures 130 and 140 along the side surface of the first prevention layer LP. Accordingly, some components (eg, tin (Sn)) of the bonding member IE pass through the first barrier layer LP and move to the above-described semiconductor structures 130 and 140 to form the first barrier layer LP and the semiconductor structure ( 130 and 140) can be prevented from reducing the joint area. Accordingly, the electrical reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

실시예에 따른 전극 돌출부(120p)는 제2 방지층(EP), 접합 부재(IE), 제1 방지층(LP)과 수평 방향으로 이격 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)가 상술한 압착 공정 시에 전극 돌출부(120p) 상부로 넘치는 것을 방지할 수 있다.The electrode protrusion 120p according to the embodiment may be spaced apart from the second prevention layer EP, the bonding member IE, and the first prevention layer LP in a horizontal direction. With this configuration, it is possible to prevent the bonding member IE from overflowing to the upper portion of the electrode protrusion 120p during the above-described compression process.

또한, 전극 돌출부(120p)는 내측 즉, 홈(gr) 내측을 향해 돌출된 돌기부(PP)를 더 포함할 수 있다. 돌기부(PP)는 내측의 접합 부재(IE)를 향해 돌출될 수 있다. 돌기부(PP)는 전극 돌출부(120p)의 상부에 위치할 수 있다. 나아가, 돌기부(PP)는 제1 방지층(LP)과 일부 접할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)가 상부로 이동하는 경로가 차단될 수 있다. 이에, 실시예에 따른 열전 소자의 구조적 신뢰성이 향상될 수 있다.Also, the electrode protrusion 120p may further include a protrusion PP protruding toward the inner side, that is, the groove gr. The protrusion PP may protrude toward the inner bonding member IE. The protrusion PP may be positioned on the electrode protrusion 120p. Furthermore, the protrusion PP may partially contact the first blocking layer LP. With this configuration, a path through which the bonding member IE moves upward may be blocked. Accordingly, the structural reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

도 15는 제5 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 16은 도 15에서 K5의 확대도이다.15 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a fifth embodiment, and FIG. 16 is an enlarged view of K5 in FIG. 15 .

도 15 및 도 16을 참조하면, 제5 실시예에 따른 열전 소자(100E)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치되는 절연층(170), 절연층(170, 하부 절연층 또는 제1 절연층) 상에 배치되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치되는 복수의 반도체 구조물(130, 140), 복수의 반도체 구조물(130, 140) 상에 배치되는 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치되는 절연층(170, 상부 절연층 또는 제2 절연층) 및 절연층(170) 상에 배치되는 제2 기판(160)을 포함할 수 있다.15 and 16 , the thermoelectric element 100E according to the fifth embodiment includes a first substrate 110 , an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 , an insulating layer 170 , and a lower portion of the thermoelectric element 100E. on the first electrode 120 disposed on the insulating layer or the first insulating layer), the plurality of semiconductor structures 130 and 140 disposed on the first electrode 120 , and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 A second electrode 150 disposed on the second electrode 150 , an insulating layer 170 (an upper insulating layer or second insulating layer) disposed on the second electrode 150 , and a second substrate 160 disposed on the insulating layer 170 , may include

그리고 제1 기판(110), 복수의 반도체 구조물(130, 140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)은 도 1 내지 도 4의 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. In addition, the first substrate 110 , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 are the first substrate 110 and the first electrode 120 of FIGS. 1 to 4 . ), the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 may be equally applied.

또한, 제5 실시예에 따른 열전 소자(100E)는 제1 기판(110) 상에 또는 제2 기판(160) 하부에 배치되는 절연층(170)을 포함할 수 있다. In addition, the thermoelectric element 100E according to the fifth embodiment may include an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 or under the second substrate 160 .

실시예로, 절연층(170)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 기판 또는 제2 기판과 접하고, 제2 층은 제1 전극 또는 제2 전극과 접할 수 있다. 나아가, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 복수의 반도체 구조물을 향해 연장되는 전극 돌출부(120P)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the insulating layer 170 may include a first layer and a second layer. The first layer may be in contact with the first substrate or the second substrate, and the second layer may be in contact with the first electrode or the second electrode. Furthermore, the first electrode 120 or the second electrode 150 may include an electrode protrusion 120P extending toward the plurality of semiconductor structures.

또한, 절연층(170), 전극 돌출부(120P), 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)에 대한 설명은 후술하는 내용을 제외하고 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the description of the insulating layer 170 , the electrode protrusion 120P, the first prevention layer LP, and the second prevention layer EP may be the same as described above, except for the following description.

구체적으로, 제5 실시예에 따른 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)에 접할 수 있다. 이하에서, 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 상에 배치되는 것을 기준으로 설명한다.Specifically, the electrode protrusion 120P according to the fifth embodiment may contact the first electrode 120 or the second electrode 150 . Hereinafter, the electrode protrusion 120P will be described based on the arrangement on the first electrode 120 .

그리고 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120)과 접하는 또는 수직 방향(X축 방향)으로 중첩되는 반도체 구조물(130, 140)을 향해 연장될 수 있다. 또한, 전극 돌출부(120P)는 폐루프를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(120) 상에는 전극 돌출부(120P)에 의해 홈이 형성될 수 있다. 이로써, 열전 소자는 홈의 외측면 또는 전극 돌출부(120P)의 내측면인 제1 측면과 홈의 저면 또는 전극 돌출부(120p) 내의 면인 제1 저면을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(120)은 제1 측면 및 제1 저면을 포함할 수 있으며, 이는 제1 전극(120)의 상면의 일부 영역에 위치한 면일 수 있다.In addition, the electrode protrusion 120P may extend toward the semiconductor structures 130 and 140 that are in contact with the first electrode 120 or overlap in a vertical direction (X-axis direction). Also, the electrode protrusion 120P may form a closed loop. Accordingly, a groove may be formed on the first electrode 120 by the electrode protrusion 120P. Accordingly, the thermoelectric element may include a first side surface that is an outer surface of the groove or an inner surface of the electrode protrusion 120P, and a first bottom surface that is a bottom surface of the groove or a surface inside the electrode protrusion 120p. Also, the first electrode 120 may include a first side surface and a first bottom surface, which may be a surface located in a partial region of the upper surface of the first electrode 120 .

제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140) 양단에 배치될 수 있다. 또한, 제1 방지층(LP)은 복수의 반도체 구조물(130, 140)과 접하며, 제1 전극(120)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이 및 제2 전극(150)과 복수의 반도체 구조물(130, 140) 사이에 배치될 수 있다.The first barrier layer LP may be disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures 130 and 140 . In addition, the first barrier layer LP is in contact with the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , between the first electrode 120 and the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , and between the second electrode 150 and the plurality of semiconductor structures. It may be disposed between (130, 140).

제1 방지층(LP)은 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 방지층(LP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 제1 방지층(LP)은 제1 전극의 성분과 후술하는 접합 부재(IE)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)의 예컨대 주석(Sn)이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 접합 부재(IE) 내의 공극이 형성됨으로써 반도체 구조물과 제1 전극(120) 간의 전기적 연결이 끊어지는 또는 개방(open)되는 문제가 방지될 수 있다. 다시 말해, 제1 방지층(LP)은 제1 전극(120) 또는 접합 부재(IE)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.The first blocking layer LP may be formed of a metal. For example, the first barrier layer LP may include nickel (Ni). The first blocking layer LP may prevent a component of the first electrode and a component of the bonding member IE, which will be described later, from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . According to this configuration, tin (Sn) of the bonding member IE moves to the semiconductor structures 130 and 140 to form voids in the bonding member IE, so that the electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode 120 is reduced. The problem of breaking or opening can be prevented. In other words, the first prevention layer LP may prevent movement of the first electrode 120 or the bonding member IE, thereby stably maintaining an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

제2 방지층(EP)은 제1 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 실시예로, 제2 방지층(EP)은 전극 돌출부(120p)에 의해 형성되는 홈 내에 위치할 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 홈 내에서 제1 측면과 제1 저면에 접할 수 있다.The second prevention layer EP may be positioned on the first electrode 120 . In an embodiment, the second prevention layer EP may be positioned in a groove formed by the electrode protrusion 120p. That is, the second prevention layer EP may contact the first side surface and the first bottom surface in the groove.

제2 방지층(EP)은 제1 방지층(LP)과 마찬가지로 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 방지층(EP)은 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 이러한 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 전극(120)과 제2 방지층(EP) 간의 접합 면적이 감소하여 전기적 연결이 끊어지는 문제가 방지될 수 있다. 즉, 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지할 수 있다. 이로써, 열전 소자의 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.The second barrier layer EP may be made of a metal like the first barrier layer LP. For example, the second barrier layer EP may include nickel (Ni). The second prevention layer EP may prevent a component of the first electrode 120 from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . Due to this configuration, the component of the first electrode 120 moves to the semiconductor structures 130 and 140 , and the junction area between the first electrode 120 and the second prevention layer EP decreases, so that the electrical connection is cut off. can be prevented. That is, the second prevention layer EP may prevent movement of the first electrode 120 to stably maintain an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode. Accordingly, electrical reliability of the thermoelectric element may be improved.

접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP)과 제2 방지층(EP) 사이에 배치되어 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)을 서로 결합시킬 수 있다.The bonding member IE may be disposed between the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to couple the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to each other.

접합 부재(IE)는 금속 성분을 포함할 수 있다. 예컨대, 접합 부재(IE)는 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 이에, 접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)과 마찬가지로 전도성일 수 있다.The bonding member IE may include a metal component. For example, the bonding member IE may include tin (Sn). Accordingly, the bonding member IE may be conductive, similarly to the first prevention layer LP and the second prevention layer EP.

실시예로, 접합 부재(IE)는 전극 돌출부(120p)에 의해 둘러싸일 수 있다. 즉, 접합 부재(IE)는 제2 방지층(EP)과 동일하게 전극 돌출부(120p)에 의해 형성된 홈(gr) 내에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제조 공정 상에서(예로, 압착 공정시) 접합 부재(IE)는 일부가 복수의 반도체 구조물(130, 140)로 이동하지 않을 수 있다. 즉, 전극 돌출부(120p)는 접합 부재(IE)가 제1 방지층(LP)의 측면을 따라 반도체 구조물(130, 140)의 측면으로 이동하거나 접하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 접합 부재(IE)의 일부 성분(예로, 주석(Sn))이 제1 방지층(LP)을 지나 상술한 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 방지층(LP)과 반도체 구조물(130, 140) 간의 접합 면적이 감소하는 문제가 차단될 수 있다. 이로써, 실시예에 다른 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.In an embodiment, the bonding member IE may be surrounded by the electrode protrusion 120p. That is, the bonding member IE may be positioned in the groove gr formed by the electrode protrusion 120p in the same manner as the second prevention layer EP. Accordingly, a portion of the bonding member IE may not move to the plurality of semiconductor structures 130 and 140 during a manufacturing process (eg, during a compression process). That is, the electrode protrusion 120p may prevent the bonding member IE from moving or coming into contact with the side surfaces of the semiconductor structures 130 and 140 along the side surface of the first prevention layer LP. Accordingly, some components (eg, tin (Sn)) of the bonding member IE pass through the first barrier layer LP and move to the above-described semiconductor structures 130 and 140 to form the first barrier layer LP and the semiconductor structure ( 130 and 140) can be prevented from reducing the joint area. Accordingly, the electrical reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

실시예에 따른 전극 돌출부(120p)는 제2 방지층(EP), 접합 부재(IE), 제1 방지층(LP)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)가 상술한 압착 공정 시에 전극 돌출부(120p) 상부로 넘치는 것을 방지할 수 있다.The electrode protrusion 120p according to the embodiment may be disposed to surround the second prevention layer EP, the bonding member IE, and the first prevention layer LP. With this configuration, it is possible to prevent the bonding member IE from overflowing to the upper portion of the electrode protrusion 120p during the above-described compression process.

또한, 전극 돌출부(120p)에서 제1 저면 상에 제2 방지층(EP)이 위치할 수 있다. 제2 방지층(EP)은 제1 저면과 접할 수 있다. 나아가, 제1 측면에는 제2 방지층(EP)의 연장부(EPa)가 더 배치될 수 있다. 이에, 연장부(EPa)가 제1 측면과 접할 수 있다. 나아가, 접합 부재(IE)가 연장부(EPa), 제2 방지층(EP) 및 제1 방지층(LP)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 연장부(EPa)는 접합 부재(IE)가 상부의 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 열전 소자의 구조적 신뢰성이 향상될 수 있다. Also, a second prevention layer EP may be positioned on the first bottom surface of the electrode protrusion 120p. The second barrier layer EP may be in contact with the first bottom surface. Furthermore, an extension portion EPa of the second prevention layer EP may be further disposed on the first side surface. Accordingly, the extension EPa may contact the first side surface. Furthermore, the bonding member IE may be surrounded by the extension EPa, the second barrier layer EP, and the first barrier layer LP. With this configuration, the extension EPa may prevent the bonding member IE from moving to the upper semiconductor structures 130 and 140 . Accordingly, the structural reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

도 17은 제6 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이고, 도 18은 도 17에서 K6의 확대도이고, 도 19는 제6 실시예에 따른 열전 소자의 구성요소 간의 결합을 설명하는 사시도이다.17 is a cross-sectional view of the thermoelectric element according to the sixth embodiment, FIG. 18 is an enlarged view of K6 in FIG. 17 , and FIG. 19 is a perspective view illustrating coupling between components of the thermoelectric element according to the sixth embodiment.

도 17 내지 도 19를 참조하면, 제6 실시예에 따른 열전 소자(100F)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치되는 절연층(170), 절연층(170) 상에 배치되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치되는 복수의 반도체 구조물(130, 140), 복수의 반도체 구조물(130, 140) 상에 배치되는 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치되는 절연층(170) 및 절연층(170) 상에 배치되는 제2 기판(160)을 포함할 수 있다.17 to 19 , the thermoelectric element 100F according to the sixth embodiment includes a first substrate 110 , an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 , and an insulating layer 170 on the first substrate 110 . The first electrode 120 disposed on the , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 disposed on the first electrode 120, the second electrode 150 disposed on the plurality of semiconductor structures 130 and 140, It may include an insulating layer 170 disposed on the second electrode 150 and a second substrate 160 disposed on the insulating layer 170 .

그리고 제1 기판(110), 복수의 반도체 구조물(130, 140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)은 도 1 내지 도 4의 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. In addition, the first substrate 110 , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 are the first substrate 110 and the first electrode 120 of FIGS. 1 to 4 . ), the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 may be equally applied.

또한, 제6 실시예에 따른 열전 소자(100F)는 제1 기판(110) 상에 또는 제2 기판(160) 하부에 배치되는 절연층(170)을 포함할 수 있다. Also, the thermoelectric element 100F according to the sixth embodiment may include an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 or under the second substrate 160 .

실시예로, 절연층(170)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 기판 또는 제2 기판과 접하고, 제2 층은 제1 전극 또는 제2 전극과 접할 수 있다. 나아가, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 상면(120k)에 형성된 리세스(RS)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)은 리세스(RS)를 포함하며, 이하에서 제1 전극(120)의 리세스(RS)를 기준으로 설명한다.In an embodiment, the insulating layer 170 may include a first layer and a second layer. The first layer may be in contact with the first substrate or the second substrate, and the second layer may be in contact with the first electrode or the second electrode. Furthermore, the first electrode 120 or the second electrode 150 may include a recess RS formed in the upper surface 120k. That is, the first electrode 120 or the second electrode 150 includes the recess RS, and the following description will be made based on the recess RS of the first electrode 120 .

또한, 절연층(170), 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)에 대한 설명은 후술하는 내용을 제외하고 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the description of the insulating layer 170 , the first prevention layer LP, and the second prevention layer EP may be the same as described above, except for the following description.

구체적으로, 제6 실시예에 따른 열전 소자(100F)에서 리세스(RS)는 제2 측면(f2) 및 제2 저면(f1)을 포함할 수 있다. 제2 측면(f2)은 폐루프를 형성하여 제2 저면(f1)을 둘러쌀 수 있다. 이러한 리세스(RS)는 상술한 전극 돌출부의 홈에 대응학 ㅔ위치할 수 있다.Specifically, in the thermoelectric element 100F according to the sixth exemplary embodiment, the recess RS may include a second side surface f2 and a second bottom surface f1. The second side surface f2 may form a closed loop to surround the second bottom surface f1. These recesses RS may be positioned correspondingly to the grooves of the above-described electrode protrusions.

그리고 리세스(RS)에는 제2 방지층(EP), 접합 부재(IE), 제1 방지층(LP)이 안착할 수 있다. 또한, 리세스(RS)에는 반도체 구조물(130, 140)의 일부가 위치할 수 있다.In addition, the second prevention layer EP, the bonding member IE, and the first prevention layer LP may be seated in the recess RS. Also, a portion of the semiconductor structures 130 and 140 may be positioned in the recess RS.

또한, 리세스(RS)의 제2 측면(f2)은 제2 방지층(EP), 접합 부재(IE), 제1 방지층(LP) 및 반도체 구조물(130, 140)의 일부와 접할 수 있다. 또한, 리세스(RS)의 제2 저면(f1)은 제2 방지층(EP)과 접할 수 있다.In addition, the second side surface f2 of the recess RS may contact the second prevention layer EP, the bonding member IE, the first prevention layer LP, and portions of the semiconductor structures 130 and 140 . Also, the second bottom surface f1 of the recess RS may be in contact with the second prevention layer EP.

실시예로, 리세스(RS)는 리세스(RS)에 안착하는 복수의 반도체 구조물(130, 140)를 둘러쌀 수 있다. 리세스(RS)는 복수의 반도체 구조물(130, 140)과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩되는 제1 영역(S1)과 인접한 반도체 구조물(130, 140) 사이에 위치한 제2 영역(S2)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 영역(S1)은 복수 개일 수 있고, 인접한 제1 영역(S1) 사이에 제2 영역(S2)이 위치할 수 있다.In an embodiment, the recess RS may surround the plurality of semiconductor structures 130 and 140 seated in the recess RS. The recess RS is a first region S1 overlapping the plurality of semiconductor structures 130 and 140 in the first direction (X-axis direction) and a second region S2 positioned between the adjacent semiconductor structures 130 and 140 . ) may be included. For example, there may be a plurality of first regions S1 , and a second region S2 may be positioned between adjacent first regions S1 .

실시예로, 제2 방지층(EP)은 리세스(RS) 내에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제2 방지층(EP)은 리세스(RS)의 제2 측면(f2)과 제2 저면(f1)과 접할 수 있다.In an embodiment, the second prevention layer EP may be located in the recess RS. For example, the second barrier layer EP may contact the second side surface f2 and the second bottom surface f1 of the recess RS.

또한, 제2 방지층(EP)은 제1 영역(S1)에 위치할 수 있다. 그리고 제2 방지층(EP)은 제2 영역(S2)에 적어도 일부가 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 방지층(EP)은 제1 방향(X축 방향)에 수직한 평면 상의 면적이 제1 영역의 동일 평면 상의 면적보다 클 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제2 방지층(EP)은 금속으로 이루어짐으로써, 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하는 것을 보다 용이하게 방지할 수 있다. 예컨대, 제1 전극(120)이 제2 방지층(EP)의 측면을 따라 반도체 구조물(130,140)과 접하는 경로를 증가하여, 제1 전극(120)의 성분이 이동하는 경로를 조기에 차단하거나 거리를 증가시킬 수 있다. 이로써, 제1 전극(120)의 성분이 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 전극(120)과 제2 방지층(EP) 간의 접합 면적이 감소하여 전기적 연결이 끊어지는 문제가 방지될 수 있다. 실시예에 따른 열전 소자에서 제2 방지층(EP)은 제1 전극(120)의 이동을 방지하여 반도체 구조물과 제1 전극 간의 전기적 연결을 안정적으로 유지하므로, 열전 소자의 신뢰성이 개선될 수 있다.Also, the second prevention layer EP may be positioned in the first region S1 . In addition, at least a portion of the second prevention layer EP may be disposed in the second region S2 . For example, an area of the second prevention layer EP on a plane perpendicular to the first direction (X-axis direction) may be greater than an area on the same plane of the first region. With this configuration, since the second prevention layer EP is made of metal, it is possible to more easily prevent the components of the first electrode 120 from moving to the semiconductor structures 130 and 140 . For example, by increasing the path in which the first electrode 120 comes into contact with the semiconductor structures 130 and 140 along the side surface of the second prevention layer EP, the path in which the component of the first electrode 120 moves is blocked early or the distance is shortened. can increase As a result, a problem in that the component of the first electrode 120 moves to the semiconductor structures 130 and 140 and the junction area between the first electrode 120 and the second prevention layer EP is reduced, thereby preventing the electrical connection from breaking. have. In the thermoelectric device according to the embodiment, the second prevention layer EP prevents movement of the first electrode 120 to stably maintain an electrical connection between the semiconductor structure and the first electrode, so that the reliability of the thermoelectric device may be improved.

나아가, 접합 부재(IE)는 제1 영역(S1)에서 제2 방지층(EP) 상부에 위치할 수 있다. 또한, 접합 부재(IE)는 제2 영역(S2) 상에도 위치할 수 있다.Furthermore, the bonding member IE may be positioned on the second barrier layer EP in the first region S1 . Also, the bonding member IE may be positioned on the second region S2 .

접합 부재(IE)는 제1 방지층(LP)과 제2 방지층(EP) 사이에 배치되어 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)을 서로 결합시킬 수 있다. 나아가, 접합 부재(IE)는 제2 영역(S2) 상에도 위치할 수 있다. The bonding member IE may be disposed between the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to couple the first barrier layer LP and the second barrier layer EP to each other. Furthermore, the bonding member IE may also be positioned on the second region S2 .

그리고 접합 부재(IE)는 제1 영역(S1) 상에서 제2 방지층(EP)과 제1 방지층(LP) 사이에 배치되고, 제2 영역(S2) 상에서 제2 방지층(EP)의 측면과 접할 수 있다. 예컨대, 접합 부재(IE)는 하부의 제2 방지층(EP)의 상면과 측면을 따라 배치될 수 있다. 이로써, 접합 부재(IE)가 상부의 제1 방지층(LP)의 측면을 따라 배치되어 상부의 반도체 구조물(130, 140)과 접하는 것이 차단될 수 있다. In addition, the bonding member IE may be disposed between the second barrier layer EP and the first barrier layer LP on the first region S1 , and may come into contact with the side surface of the second barrier layer EP on the second region S2 . have. For example, the bonding member IE may be disposed along the upper surface and the side surface of the lower second prevention layer EP. Accordingly, the bonding member IE may be disposed along the side surface of the upper first prevention layer LP to block contact with the upper semiconductor structures 130 and 140 .

실시예로, 접합 부재(IE)는 리세스(RS) 내에 배치되어 리세스(RS)의 제2 측면(f2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이로써, 제조 공정 상에서(예로, 압착 공정시) 접합 부재(IE)는 일부가 복수의 반도체 구조물(130, 140)로 이동하지 않을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 접합 부재(IE)의 일부 성분(예로, 주석(Sn))이 제1 방지층(LP)을 지나 상술한 반도체 구조물(130, 140)로 이동하여 제1 방지층(LP)과 반도체 구조물(130, 140) 간의 접합 면적이 감소하는 문제가 차단될 수 있다. 이로써, 실시예에 다른 열전 소자의 전기적 신뢰성이 개선될 수 있다.In an embodiment, the bonding member IE may be disposed in the recess RS and may be surrounded by the second side surface f2 of the recess RS. Accordingly, a portion of the bonding member IE may not move to the plurality of semiconductor structures 130 and 140 during a manufacturing process (eg, during a compression process). Due to this configuration, some components (eg, tin (Sn)) of the bonding member IE move to the above-described semiconductor structures 130 and 140 through the first blocking layer LP, and the first blocking layer LP and the semiconductor A problem in which the bonding area between the structures 130 and 140 decreases may be prevented. Accordingly, the electrical reliability of the thermoelectric element according to the embodiment may be improved.

그리고 리세스(RS)의 높이(H1)는 접합 부재(IE)의 높이(H2)보다 클 수 있다. 또한, 리세스(RS)의 높이(H1)는 제1 방지층(LP)의 높이, 제2 방지층(EP)의 높이 및 접합 부재(IE)의 높이(H2)보다 클 수 있다. 이러한 구성에, 리세스(RS)는 접합 부재(IE) 및 제1 방지층(LP) 상의 반도체 구조물(130, 140)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에, 반도체 구조물(130, 140)이 리세스(RS)에 의해 용이하게 지지되고, 접합 부재(IE)가 반도체 구조물(130, 140)로 이동할 수 있는 경로가 차단되므로 열전 소자의 구조적 신뢰성과 전기적 신뢰성이 향상될 수 있다.In addition, the height H1 of the recess RS may be greater than the height H2 of the bonding member IE. Also, the height H1 of the recess RS may be greater than the height of the first barrier layer LP, the height of the second barrier layer EP, and the height H2 of the bonding member IE. In this configuration, the recess RS may be disposed to surround the semiconductor structures 130 and 140 on the bonding member IE and the first prevention layer LP. Accordingly, the semiconductor structures 130 and 140 are easily supported by the recesses RS, and the path through which the bonding member IE can move to the semiconductor structures 130 and 140 is blocked. Reliability can be improved.

도 20은 제7 실시예에 따른 열전 소자의 단면도이다.20 is a cross-sectional view of a thermoelectric element according to a seventh embodiment.

도 20을 참조하면, 제7 실시예에 따른 열전 소자(100G)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치되는 절연층(170), 절연층(170, 하부 절연층 또는 제1 절연층) 상에 배치되는 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치되는 복수의 반도체 구조물(130, 140), 복수의 반도체 구조물(130, 140) 상에 배치되는 제2 전극(150), 제2 전극(150) 상에 배치되는 절연층(170, 상부 절연층 또는 제2 절연층) 및 절연층(170) 상에 배치되는 제2 기판(160)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 20 , the thermoelectric device 100G according to the seventh embodiment includes a first substrate 110 , an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 , an insulating layer 170 , a lower insulating layer, or The first electrode 120 disposed on the first insulating layer), the plurality of semiconductor structures 130 and 140 disposed on the first electrode 120 , and the first electrode disposed on the plurality of semiconductor structures 130 and 140 . The second electrode 150 may include an insulating layer 170 (an upper insulating layer or a second insulating layer) disposed on the second electrode 150 , and a second substrate 160 disposed on the insulating layer 170 . have.

그리고 제1 기판(110), 복수의 반도체 구조물(130, 140), 제2 전극(150), 제2 기판(160)은 도 1 내지 도 4의 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 대한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. In addition, the first substrate 110 , the plurality of semiconductor structures 130 and 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 are the first substrate 110 and the first electrode 120 of FIGS. 1 to 4 . ), the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , the second electrode 150 , and the second substrate 160 may be equally applied.

또한, 제7 실시예에 따른 열전 소자(100G)는 제1 기판(110) 상에 또는 제2 기판(160) 하부에 배치되는 절연층(170)을 포함할 수 있다. 실시예로, 절연층(170)은 제1 층 및 제2 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 기판 또는 제2 기판과 접하고, 제2 층은 제1 전극 또는 제2 전극과 접할 수 있다.In addition, the thermoelectric element 100G according to the seventh embodiment may include an insulating layer 170 disposed on the first substrate 110 or under the second substrate 160 . In an embodiment, the insulating layer 170 may include a first layer and a second layer. The first layer may be in contact with the first substrate or the second substrate, and the second layer may be in contact with the first electrode or the second electrode.

또한, 절연층(170), 전극 돌출부(120P), 제1 방지층(LP) 및 제2 방지층(EP)에 대한 설명은 후술하는 내용을 제외하고 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the description of the insulating layer 170 , the electrode protrusion 120P, the first prevention layer LP, and the second prevention layer EP may be the same as described above, except for the following description.

구체적으로, 제7 실시예에 따른 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)에 접할 수 있다. 이하에서, 전극 돌출부(120P)는 제1 전극(120) 상에 배치되는 것을 기준으로 설명한다.Specifically, the electrode protrusion 120P according to the seventh embodiment may contact the first electrode 120 or the second electrode 150 . Hereinafter, the electrode protrusion 120P will be described based on the arrangement on the first electrode 120 .

본 실시예에서, 전극 돌출부는 고온부에만 위치할 수 있다. 즉, 전극 돌출부는 저온부에는 위치할 수 있다. 예컨대, 전극 돌출부는 제1 전극(120) 상에 위치할 수 있다. 다만, 전극 돌출부는 제2 전극(150)에 위치하지 않을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 고온 시에 접합 부재가 제1 방지층의 측면을 따라 반도체 구조물의 일부와 연결되어 반도체 구조물의 성분(예로, BiTe)과 접합 부재의 성분(예로, Sn)이 서로 결합되어 접합 부재의 이동 또는 마이그레이션(migration)으로 반도체 구조물과 접합 부재의 접합 면적이 감소하는 문제가 차단될 수 있다.In this embodiment, the electrode protrusion may be located only in the high temperature portion. That is, the electrode protrusion may be located in the low-temperature portion. For example, the electrode protrusion may be located on the first electrode 120 . However, the electrode protrusion may not be positioned on the second electrode 150 . According to this configuration, at a high temperature, the bonding member is connected to a portion of the semiconductor structure along the side surface of the first prevention layer, so that the component of the semiconductor structure (eg, BiTe) and the component (eg, Sn) of the bonding member are bonded to each other to form the bonding member A problem in which a bonding area between the semiconductor structure and the bonding member decreases due to movement or migration of the semiconductor structure may be prevented.

나아가, 고온부에서는 전극 돌출부가 없어 제2 전극(150)의 제작이 용이하게 수행될 수 있다. Furthermore, since there is no electrode protrusion in the high temperature portion, the fabrication of the second electrode 150 can be easily performed.

본 명세서에서 상술한 열전 소자는 열전 장치에 적용될 수 있다. 열전 장치는 열전 소자 및 열전 소자와 결합된 히트 싱크를 포함할 수 있다. The thermoelectric element described above in the present specification may be applied to a thermoelectric device. The thermoelectric device may include a thermoelectric element and a heat sink coupled to the thermoelectric element.

또한, 상기 열전 장치는 발전장치 또는 발전장치로 이루어진 발전 시스템 등에 이용될 수 있다. 예컨대, 발전시스템은 발전장치 및 유체관을 포함하며, 유체관으로 유입되는 유체는 자동차, 선박 등의 엔진이나 또는 발전소, 제철소 등에서 발생되는 열원일 수 있다. 다만, 이러한 내용에 제한되는 것은 아니다. 그리고 유체관으로부터 배출되는 유체의 온도는 유체관으로 유입되는 유체의 온도보다 낮다. 예를 들어, 유체관으로 유입되는 유체의 온도는 100℃이상, 바람직하게는 200℃이상, 더욱 바람직하게는 220℃내지 250℃일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니고, 열전 소자의 저온부 및 고온부 간 온도 차에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. In addition, the thermoelectric device may be used in a power generation device or a power generation system including a power generation device. For example, the power generation system includes a power generation device and a fluid pipe, and the fluid flowing into the fluid pipe may be an engine of an automobile or a ship, or a heat source generated in a power plant or a steel mill. However, the present invention is not limited thereto. And the temperature of the fluid discharged from the fluid pipe is lower than the temperature of the fluid flowing into the fluid pipe. For example, the temperature of the fluid flowing into the fluid pipe may be 100°C or higher, preferably 200°C or higher, more preferably 220°C to 250°C, but is not limited thereto, and between the low-temperature part and the high-temperature part of the thermoelectric element. It can be applied in various ways according to the temperature difference. Accordingly, the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention may be applied to a device for power generation, a device for cooling, a device for heating, and the like.

상기에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and modify the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be changed.

Claims (13)

제1 기판;
상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 복수의 반도체 구조물;
상기 복수의 반도체 구조물 상에 배치된 제2 전극; 및
상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제1 전극 사이 및 상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 접합 부재;를 포함하고,
상기 제1 전극은 상기 접합 부재를 둘러싸는 전극 돌출부;를 포함하는 열전 소자.a first substrate;
a first electrode disposed on the first substrate;
a plurality of semiconductor structures disposed on the first electrode;
a second electrode disposed on the plurality of semiconductor structures; and
a bonding member disposed between the plurality of semiconductor structures and the first electrode and between the plurality of semiconductor structures and the second electrode; and
and the first electrode includes an electrode protrusion surrounding the bonding member. 제1항에 있어서,
상기 복수의 반도체 구조물 양단에 배치되는 제1 방지층;을 더 포함하는 열전 소자.According to claim 1,
The thermoelectric device further comprising a; first blocking layer disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures. 제2항에 있어서,
상기 전극 돌출부의 내측면은 상기 제1 방지층과 접하는 열전 소자.3. The method of claim 2,
An inner surface of the electrode protrusion is in contact with the first blocking layer. 제1항에 있어서,
상기 전극 돌출부의 내측면은 상기 반도체 구조물과 접하는 열전 소자.According to claim 1,
An inner surface of the electrode protrusion is in contact with the semiconductor structure. 제1항에 있어서,
상기 전극 돌출부는 내측의 접합 부재를 향해 돌출되는 돌기부;를 더 포함하는 열전 소자.According to claim 1,
The electrode protrusion further includes a protrusion protruding toward the inner bonding member. 제1항에 있어서,
상기 접합 부재의 높이는 상기 전극 돌출부의 높이보다 작은 열전 소자.According to claim 1,
A height of the bonding member is smaller than a height of the electrode protrusion. 제1항에 있어서,
상기 접합 부재와 제1 전극 사이에 배치되는 제2 방지층;을 더 포함하는 열전 소자.According to claim 1,
The thermoelectric device further comprising a second blocking layer disposed between the bonding member and the first electrode. 제1항에 있어서,
상기 전극 돌출부의 내측면은 상기 복수의 반도체 구조물과 이격 배치되는 열전 소자.According to claim 1,
An inner surface of the electrode protrusion is spaced apart from the plurality of semiconductor structures. 제1항에 있어서,
상기 제2 전극 상에 배치되는 제2 기판;을 더 포함하는 열전 소자.According to claim 1,
The thermoelectric element further comprising a; a second substrate disposed on the second electrode. 제1 기판;
상기 제1 기판 상에 배치되는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 배치된 복수의 반도체 구조물;
상기 복수의 반도체 구조물 상에 배치된 제2 전극; 및
상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제1 전극 사이 및 상기 복수의 반도체 구조물과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 접합 부재;를 포함하고,
상기 제1 전극은 상기 접합 부재가 안착하는 리세스;를 포함하는 열전 소자.a first substrate;
a first electrode disposed on the first substrate;
a plurality of semiconductor structures disposed on the first electrode;
a second electrode disposed on the plurality of semiconductor structures; and
a bonding member disposed between the plurality of semiconductor structures and the first electrode and between the plurality of semiconductor structures and the second electrode; and
and the first electrode includes a recess in which the bonding member is seated. 제10항에 있어서,
상기 리세스는 상기 복수의 반도체 구조물과 수직 방향으로 중첩되는 제1 영역과 상기 복수의 반도체 구조물 사이에 위치하는 제2 영역을 포함하는 열전 소자.11. The method of claim 10,
The recess includes a first region overlapping the plurality of semiconductor structures in a vertical direction and a second region positioned between the plurality of semiconductor structures. 제11항에 있어서,
상기 복수의 반도체 구조물 양단에 배치되는 제1 방지층; 및
상기 접합 부재와 제1 전극 사이에 배치되는 제2 방지층;을 더 포함하고,
상기 제2 방지층은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 적어도 일부에 배치되는 열전 소자.12. The method of claim 11,
a first prevention layer disposed on both ends of the plurality of semiconductor structures; and
Further comprising; a second prevention layer disposed between the bonding member and the first electrode;
The second blocking layer is disposed on at least a portion of the first region and the second region. 제12항에 있어서,
상기 접합 부재는 상기 제1 영역 상에서 상기 제2 방지층과 상기 제1 방지층 사이에 배치되고, 상기 제2 영역 상에서 상기 제2 방지층의 측면과 접하는 열전 소자.13. The method of claim 12,
The bonding member is disposed between the second barrier layer and the first barrier layer on the first region, and is in contact with a side surface of the second barrier layer on the second region.
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