초록 ▼

열전소자의 성능지수 향상을 위하여 2D Bi계 박막을 Co-evaporator 또는 sputter를 사용하여 기판위에 증착하여 열전소자로 제작하고, 후에 미세구조 패터닝 기술인 PS 나노입자를 적용 또는 열처리를 통한 최적화된 열전 박막을 형성하여 포논산란을 제어함으로써 열전성능이 향상된 열전소자로 제작하고 저차원 재료에 대한 자체적인 특성평가 시스템을 구축하여 열전 특성 연구를 진행함.

1. Polystyrene (PS) 나노입자 mono-layer 형성 최적화 연구
· Floating 방법을 이용한 PS 나노입

열전소자의 성능지수 향상을 위하여 2D Bi계 박막을 Co-evaporator 또는 sputter를 사용하여 기판위에 증착하여 열전소자로 제작하고, 후에 미세구조 패터닝 기술인 PS 나노입자를 적용 또는 열처리를 통한 최적화된 열전 박막을 형성하여 포논산란을 제어함으로써 열전성능이 향상된 열전소자로 제작하고 저차원 재료에 대한 자체적인 특성평가 시스템을 구축하여 열전 특성 연구를 진행함.

1. Polystyrene (PS) 나노입자 mono-layer 형성 최적화 연구
· Floating 방법을 이용한 PS 나노입자 mono-layer 형성 최적화 연구를 진행함.
· Mono-layer 형성을 위한 최적의 PS 용액 조성 최적화 연구를 진행함.
· 코팅된 PS 나노입자의 균일도 최적화 연구 ~760, 300, 200 nm 사이즈의 PS 이용하여 490, 200, 135 nm의 나노다공 크기를 갖는 박막을 형성함.

2. 고품질 Bi계 박막 도핑 제어 및 최적화 연구
· Co-evaporator (sputtering) 장비를 이용한 Bi계 박막 도핑 연구
· Bi₂Te₃ (n-type) 박막의 개별적인 증착/도핑 연구함.
· (Bi_1-xSb_x)₂Te₃ (p-type) 박막의 개별적인 증착/도핑 연구함.
· 다양한 열처리를 통한 박막의 열전/전기적 특성 평가를 통해 열전소자 사용 가능한 소재의 최적화된 열처리 온도 (200 ℃)를 확인하고 이론적인 검증을 추가함.

3. 저차원 구조를 갖는 재료의 전기적인 특성 측정/평가 시스템 구축
· 기존 벌크와 다른 사이즈 감소에 및 다양한 기판 위에 형성된 크기의 나노다공을 갖는 2D Bi계 박막의 전기/열적인 특성 측정 및 평가를 위한 시스템의 필요성
· 온도에 따른 ((20 - 300 K) 열전도도 측정 연구
· 3-ω 방법과 PRT 방법을 통한 나노선 및 박막 형태의 저차원 구조를 갖는 열전 재료의 특성 평가 진행
· MEMS 공정을 이용한 칩 제작/공정
· 저손실/저노이즈 측정 연구

4. 열전박막 및 소자의 이론적인 2차 검증 및 simulation
· 온도에 따른 (20 - 300 K) 열전도도 측정 data를 bulk data와 비교 및 이론적인 해석 (callaway model)을 통한 박막 형태의 열전재료의 열전도도 변화를 검토함
· 박막의 두께별 증착에 따른 grain size 변화 및 포논산란 효과 변화 분석 진행.
· 박막형 열전 소자의 제작에 따른 디자인 설계 최적화 연구를 위한 simulation 프로그램 (COMSOL) 사용하여 디자인 최적화 및 사전 검증.

5. 정량적인 연구 성과
SCI 논문 최종 19편 출판, 초청강연 3회, 국외학회 발표 17건, 국내학회 발표 12건, 학회 수상 1건 등

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 12
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 13
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 14
• Ⅲ. 연구성과 ... 15
• 끝페이지 ... 28