초록 ▼

개발목표 및 내용
1. 최종목표
가. 가스분무법에 의한 Bi₂Te₃계 열전반도체 분말 제조기술 개발
나. 열간압출법을 이용한 열전소재 잉곳 생산기술 개발
다. 잉곳 슬라이심/다이싱 기술 개발
라. 웨이퍼 표면 처리 및 도금 기술 개발
마. 열전모듈 제조를 통한 개발된 열전소자의 특성 검증

2. 개발내용 및 결과
가. 기술개발내용
1) 열전반도체 분말 제조
- 열전반도체 합금 제조를 위한 조성비 연구
- 가스분사장치를 이용한 열전

개발목표 및 내용
1. 최종목표
가. 가스분무법에 의한 Bi₂Te₃계 열전반도체 분말 제조기술 개발
나. 열간압출법을 이용한 열전소재 잉곳 생산기술 개발
다. 잉곳 슬라이심/다이싱 기술 개발
라. 웨이퍼 표면 처리 및 도금 기술 개발
마. 열전모듈 제조를 통한 개발된 열전소자의 특성 검증

2. 개발내용 및 결과
가. 기술개발내용
1) 열전반도체 분말 제조
- 열전반도체 합금 제조를 위한 조성비 연구
- 가스분사장치를 이용한 열전반도체 분말 제조 : 적절한 분말크기 및 형상 제어를 위한 오리피스 직경과 분위기，가스 압력 조건 연구
2) 열전소자 제조
- 열간압출에 의한 잉곳 제조 : 상업적 생산을 위한 예비성형체의 탈가스 조건，압출비，압출다이 온도 및 ram speed 조건 연구
- 반도체 가공 공정을 응용한 슬라이싱 및 다이싱 공정 개발
- 솔더 확산방지용 피막 형성 기술 개발 : 플라즈마 증착
3) 열전소자의 성능 평가
- 측정장비를 이용한 분말 성분，상태 및 형상 분석
- 측정장비를 이용한 열전소자의 기계적 특성 및 열전 특성 분석
- 열전모듈 제조를 통한 열전소자 성능 평가

나. 기술개발 결과
1) 가스분무법을 이용하여 P형과 N형 열전반도체 분말을 제조하였으며 SEM 분석결과 분말형상은 비교적 구형이고 분말의 평균입자크기는 83 ㎛, 성형체 밀도는 98.7g/cm³로서 목표치 달성
2) N형 잉곳은 열간 압출 공법으로，P형 잉곳은 열간 단조 공법으로 제조하였으며 제조된 잉곳의 시편으로부터 제백계수 α, 열전도도 K와 비저항 P을 측정한 결과는 다음 표와 같이 정리할 수 있으며 성능지수 Z는 2.86 으로서 측정 오차를 고려할 때 목표치 2.90에 매우 근접한 결과로 사료됨
3) Disk Saw를 이용한 슬라이싱 공정을 통해 웨이퍼를 제조한 후 Mo Sputtering 공정과 Ni 도금 공정을 통해 웨이퍼 표면에 접합층을 형성하였다. 도금 공정이 완료된 웨이퍼는 다시 한번 Disk Saw를 이용한 다이싱 공정을 통해 P형 및 N형 열전소자 절단 가공법 개발
4) 가공된 열전소자를 사용하여 열전모듈을 제조하고 제조된 열전모듈의 성능지수 측정과 수명시험 수행. 그 결과 성능 지수는 2.6이상，최대온도차는 68K이상을 구현하였으며 40/90 시험을 통한 신뢰성 평가 결과 그 수명은 목표치인 2년을 상회하는 3년을 달성하여 개발된 열전소자가 상업적 생산에 적합함을 확인

3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
가. 수입대체 효과
1) 러시아 제품을 사용하고 있는 국내 가전제품 시장의 수입대체 효과 : 100억 원
2) 차량용 냉온시트의 열전냉난방 유니트용 수입대체 효과 : 현재 35억원 규모, 소나타 이상 급 수요 고려 시 년간 2,500억 ~3,000억원의 수입대체 효과 가능함
- 열전모듈 수요처 제시가격 $10 ： 열전소자 국산화에 따른 가격 경쟁력 회복이 필수
- 자동차 편의 시설은 고급사양에서 대중사양으로 이전되는 성향을 가짐

나. 수출기대 효과
1) 2억불로 예측되고 있는 전세계 열전모듈 시장에서 유럽시장의 규모는 18%로 조사됨
- 유럽시장의 1%의 수요에 대응 시 36만불의 수출효과 기대
2) 고신뢰성 열전모듈 수요가 큰 일본시장으로의 수출 기대

다. 파급 효과
1) 발전용 열전모듈 시장 개척
- T_H= 200°C 이하의 저온 열전발전 영역에서는 Bi-Te 열전소자 적용 가능
- 태양광 발전의 보완 시스템으로 태양열 집광을 이용한 열전발전 연구 진행중 : 미리넷솔라 등 기업체 중심
- 발전용 열전반도체는 전량 수입에 의존됨 : 발전용 열전모듈 국산화에 의한 가격 경쟁력 확보가 필수 사항임 → 열전소재의 양산기술 확보가 선결과제임，수입대체 효과 230만불 예상

2) 미니어춰 열전모듈 시장 개척
- 미니어춰 열전모듈의 수요는 상시 존재 : 일본 업체로부터 50,000ea/yr 수요에 대한 개발중
- 특수 사양이므로 제품단가는 $40 선인 고부가가치 제품 : 2백만불 이상의 수출효과 기대

3) 고용 창줄
- 러시아산 열전모듈의 수입대체 수요 대응을 위해서는 현재 일일생산량 의 5배 이상 생산해야함
- 생산 및 관리를 위한 고용인원 증가 : 표4는 열전소자 양산 성공 시 인력충원 계획임
- 생산설비의 확충이 요구됨

4. 적용분야
가. 반도체 장비
- 반도체 공정용 전기식 칠러
- 반도체 공정용 화학품 온도제어기
나. 광부품 및 센서 온도제어
- 광통신용 LD 냉각
- IR 센서 냉각
다. 시험 및 계측 장비
- 에이징 환경 시험장비 : 메모리 반도체 핸들러，현미경용 CCD 시험장비， 핸드폰용 OLED 시험장비 등
- IR 화상장비
- 온도센서 보정장비
라. 가전 제품
- 화장품 냉장고，소형 냉장고，와인 셀러
- 차량용 냉난방 유니트

(출처 : 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최 종 보 고 서 ... 2
• 제 출 문 ... 3
• 최종보고서 초록 ... 4
• 목차 ... 8
• 제 1 장 서론 ... 9
• 제 1 절 연구의 필요성 ... 9
• 제 2 절 연구의 목표 ... 12
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 15
• 제 1 절 열전재료의 성형 ... 15
• 제 2 절 열전소자 가공 ... 36
• 제 3 절 열전모듈 제조 ... 47
• 제 4 절 열전모듈 성능검증 ... 53
• 제 3 장 결론 ... 64
• 끝페이지 ... 65