초록 ▼

핵심기술
◦ 열전 나노구조체 박막 소재를 개발하고 박막형 열전 모듈 해석/설계기술을 바탕으로 박막형 열전모듈 MEMS 공정 기술개발
◦ 열전특성 측정평가 및 이미징 기술개발

최종목표
고성능 열전 나노구조체 박막을 이용한 박막형 열전모듈 개발
◦ 박막형 열전모듈 및 MEMS 공정 기술 개발
◦ 열전 나노구조체 박막 소재 개발
◦ 나노구조체/나노박막 열전 특성 측정기술개발
◦ ZT >1.3인 저차원 나노구조체 임베디드형(Bi, Sb)₂(Te, Se)₃

핵심기술
◦ 열전 나노구조체 박막 소재를 개발하고 박막형 열전 모듈 해석/설계기술을 바탕으로 박막형 열전모듈 MEMS 공정 기술개발
◦ 열전특성 측정평가 및 이미징 기술개발

최종목표
고성능 열전 나노구조체 박막을 이용한 박막형 열전모듈 개발
◦ 박막형 열전모듈 및 MEMS 공정 기술 개발
◦ 열전 나노구조체 박막 소재 개발
◦ 나노구조체/나노박막 열전 특성 측정기술개발
◦ ZT >1.3인 저차원 나노구조체 임베디드형(Bi, Sb)₂(Te, Se)₃ 초격자 재료 개발
- ALD 공정을 이용한 (Bi, Sb)₂(Te, Se)₃ 초격자 적층 기술 개발
- 열처리를 이용 초격자 내부에 양자점 및 나노선 형성 기술 개발
- MEMS 모듈공정에 적합한 저차원 나노구조체 임베디드 재료 개발
◦ 나노구조체 박막형태의 열전소재에 대한 열전특성 측정평가 및 이미징 기술개발
- 나노구조체 박막의 열전능 측정기술 개발 및 열전도도 측정으로 ZT 측정평가

개발내용 및 결과
◦ 고성능의 열전특성을 갖는 나노구조체 열전박막개발
◦ MEMS 공정기술을 적용한 박막형 열전모듈 제작
◦ 초격자 적층 열전박막 제조를 위한 ALD 공정 개발
◦ 10nm급 공간해상도 국소 열전능 측정 평가기술

기술개발배경
◦ 고유가 및 화석연료 고갈에 따른 대체 에너지원 개발과 지구온난화현상 해결을 위한 친환경 에너지원 개발을 위한 나노에너지 소재 기술
◦ 고효율 나노급 열전 소재 및 모듈 개발은 다양한 소형 전자 제품개발과 막대한 에너지 절약을 이룰 수 있는 미래 지향적인 기술 핵심개발기술의 의의
◦ 세계 최고 수준의 열전박막 개발.
◦ 설계·해석을 적용한 열전모듈 제작. 사업화시 적용 분야에 따라 제작 가능.
◦ 나노 열전특성 측정기술로서 열전능의 경우 선진국 최고수준의 물성 측정 공간해상도를 달성하였으며 동해상도의 이미징 기술 신규 개발.

적용분야
◦ WSN (Wireless sensor node), 무선 전자제품, 휴대용 전자제품, MEMS, Wearable computer, 심장박동기 등에 적용 가능한 소형이동전원 개발
◦ 자동차 및 산업 폐 에너지 와 자연 에너지(지열, 태양열, 해수열, 온천수), 바이오에너지 등을 이용한 대체에너지 개발 효과
◦ 화석에너지 소비 절감 등 친 환경에너지를 이용한 지구 온난화 방지 효과
◦ 차세대 열전소자기술 국산화 및 마이크로 소자개발을 통한 수출효과
◦ 고성능 열전 현미경 및 측정기술

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 6
• 목 차 ... 15
• 제 1 장 서론 ... 17
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 17
• 제 2 절 국내ㆍ외 관련 기술의 현황 ... 19
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적ㆍ경제적 파급 효과 ... 21
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 23
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 23
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 24
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 25
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 29
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 29
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 29
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 30
• 가. 고효율 열박막 개발 ... 30
• 1) Co-sputtering을 이용한 Bi-Te 기반 고효율 열전 박막 증착 공정 확립 ... 30
• 2) Effusion Cell Co-evaporator를 이용한 열전박막 개발 ... 70
• 3) 유연기판을 이용한 Bi-Te 기반 열전 박막 증착 기술 개발 ... 91
• 나. 박막형 열전 모듈 MEMS 공정 기반기술 개발 ... 95
• 1) Dry etching을 이용한 패터닝 기술 개발 ... 95
• 2) Wet etching을 이용한 패터닝 기술 개발 ... 107
• 3) 수평형 열전 모듈 제작 및 평가 ... 109
• 4) One-wafer 공정을 이용한 열전모듈 제작 ... 114
• 5) Two wafer 공정을 이용한 열전모듈 제작 ... 118
• 6) FPCB를 이용한 유연 열전 모듈 개발 ... 122
• 다. 설계 및 해석 ... 130
• 1) 박막형 열전 모듈 해석/설계 기술 개발 ... 130
• 2) 해석기반 모듈설계의 최적화 ... 146
• 라. 박막형 열전 모듈 성능평가 기술개발 ... 150
• 1) 박막형 열전모듈 성능평가 시스템 구축 ... 150
• 2) 박막형 열전모듈 신뢰성평가 장치개발 ... 153
• 3) 유연 열전 박막의 신뢰성 평가 ... 154
• 마. 저차원 나노구조체 임베디드형 (Bi, Sb)2(Te, Se)3 초격자 재료 개발 ... 158
• 1) 최적의 ALD 장비 설계 및 공정변수 탐색 연구 ... 158
• 2) Sb2Te3, Bi2Te3 최적의 조성 탐색 및 열전성능 향상 연구 ... 159
• 바. 나노구조체/박막 열전특성 측정기술 개발 ... 175
• 1) 하이브리드탐침 적합성 평가 ... 175
• 2) 국소 열전능 측정기술 개발 ... 178
• 3) 나노박막 열전도도 측정기술 개발 ... 182
• 4) 2차원 나노박막 열전성능지수 평가기술개발 ... 187
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 194
• 1) 수직형 투웨이퍼 열전모듈 ... 194
• 2) 수직형 원웨이퍼 열전모듈 ... 194
• 3) 유연 열전모듈 ... 195
• 4) 수평형 열전모듈 ... 195
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 196
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 196
• 2. 연차별 추진체계 ... 197
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 198
• 최종보고서 요약서 ... 200