• 제목/요약/키워드: 열전 박막

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미세 열에너지 하비스팅용 열전박막소자의 형성공정 및 발전특성 (Fabrication Process and Power Generation Characteristics of Thermoelectric Thin Film Devices for Micro Energy Harvesting)

  • 오태성
    • 마이크로전자및패키징학회지
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    • 제25권3호
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    • pp.67-74
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    • 2018
  • 두께 $2.5{\sim}10{\mu}m$인 n형 $Bi_2Te_3$와 p형 $Sb_2Te_3$ 레그 8쌍으로 구성되어 있는 in-plane형 열전박막소자를 전기도금법으로 Si submounts에 형성하고, LED 칩의 구동에 의해 발생하는 겉보기 온도차 ${\Delta}T$와 레그 두께에 따른 발전특성을 분석하였다. LED 방출열에 의해 인가된 ${\Delta}T$가 7.4K일 때 각기 두께 $2.5{\mu}m$, $5{\mu}m$$10{\mu}m$의 p-n 레그들로 구성된 열전박막소자는 6.1 mV, 7.4 mV 및 11.8 mV의 open circuit 전압을 나타내었으며, 6.6 nW, 12.8 nW 및 41.9 nW의 최대 출력전력을 나타내었다.

분자동역학을 이용한 박막의 열경계저항 예측 및 실험적 검증 (Molecular Dynamics Simulation on the Thermal Boundary Resistance of a Thin-film and Experimental Validation)

  • 석명은;김윤영
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제32권2호
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    • pp.103-108
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    • 2019
  • 본 논문에서는 비평형 분자동역학 시뮬레이션 기법을 사용하여 알루미늄 박막과 실리콘 웨이퍼 간 열경계저항을 예측하였다. 실리콘의 끝 단 고온부에 열을 공급하고, 같은 양의 열을 알루미늄 끝 단 저온부에서 제거하여 경계면을 통한 열전달이 일어나도록 하였으며, 실리콘 내부와 알루미늄 내부의 선형 온도 변화를 계산함으로써 경계면에서의 온도 차이에 따른 열저항 값을 구하였다. 300K 온도에서 $5.13{\pm}0.17m^2{\cdot}K/GW$의 결과를 얻었으며, 이는 열유속 조건의 변화와 무관함을 확인하였다. 아울러, 펨토초 레이저 기반의 시간영역 열반사율 기법을 사용하여 열경계저항 값을 실험적으로 구하였으며, 시뮬레이션 결과와 비교 검증하였다. 전자빔 증착기를 사용하여 90nm 두께의 알루미늄 박막을 실리콘(100) 웨이퍼 표면에 증착하였으며, 유한차분법을 이용한 수치해석을 통해 열전도 방정식의 해를 구해 실험결과와 곡선맞춤 함으로써 열경계저항을 정량적으로 평가하고 나노스케일에서의 열전달 현상에 관한 특징을 살펴보았다.

박막에서 쌍곡선형 열전도 방정식에 의한 열전도 해석 (Analysis of Hyperbolic Heat Conduction in a Thin Film)

  • 정우남;이용호;조창주
    • 에너지공학
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    • 제8권4호
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    • pp.540-545
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    • 1999
  • 고전적인 Fourier 열전도 방정식은 극저온하에서 또는 아주 짧은 시간동안의 가열시 타당성이 없는 것으로 고려되었다. 이러한 조건하에서는 열전도파의 성질이 지배적이기 때문에 , 수정된 Fourier 법칙에 근거한 쌍곡선형 열전도 방정식이 도입되었다. 열전도에 대한 Fourier 모델과 쌍곡선형 열전도모델이 적분변환법과 함께 Green 함수방법을 이용하여 분되었다. 한쪽 표면에서 주기적인 표면가열을 하는 유한한 평판의 열유속 분포 및 온도분포의 해를 제시하였고 각가의 모델로부터 얻어진 결과를 서로 비교검토하였다. 쌍곡선형 열전도 방정식에서 유도된 열전도파는 매개물을 통해 전파되어 맞은편쪽의 단열표면에서 가열 표면쪽으로 반사하였으나 , 고전적인 Fourier 모델에 의한 열은 열적교란이 매개물의 전체에 걸쳐서 전달된 후 즉각적으로 무한한 속도로 열전파가 발생함을 보여주었다.

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박막레그 직경에 따른 열전박막모듈의 열에너지 하비스팅 특성 비교 (Comparison of Thermal Energy Harvesting Characteristics of Thermoelectric Thin-Film Modules with Different Thin-Film Leg Diameters)

  • 김우준;오태성
    • 마이크로전자및패키징학회지
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    • 제25권4호
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    • pp.67-74
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    • 2018
  • 두께가 $20{\mu}m$이며, 직경이 각기 $100{\mu}m$, $300{\mu}m$, $500{\mu}m$인 p형 $Sb_2Te_3$와 n형 $Bi_2Te_3$ 박막레그들을 전기도금하여 열전박막모듈을 형성한 후, 박막레그의 직경에 따른 출력전압과 출력전력을 비교하였다. $100{\mu}m$ 직경 박막레그들로 구성된 모듈은 ${\Delta}T=36.7K$에서 365 mV, $300{\mu}m$ 직경 박막레그들로 형성한 모듈은 ${\Delta}T=37.5K$에서 142 mV, $500{\mu}m$ 직경 박막레그들로 제작한 모듈은 ${\Delta}T=36.1K$에서 53 mV의 open circuit 전압을 나타내었다. $100{\mu}m$ 직경 박막레그 모듈은 ${\Delta}T=36.7K$에서 $845{\mu}W$, $300{\mu}m$ 직경 박막레그 모듈은 ${\Delta}T=37.5K$에서 $631{\mu}W$, $500{\mu}m$ 직경 박막레그 모듈은 ${\Delta}T=36.1K$에서 $276{\mu}W$의 최대출력전력을 나타내었다.

스트레스균형이 이루어진 멤버레인 및 박막 열전대를 응용한 유체센서 (Flow sensor using stress-balanced membrane and thin film thermocouple)

  • 안영배;김진섭;김명규;이종현;이정희
    • 센서학회지
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    • 제5권6호
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    • pp.51-59
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    • 1996
  • 실리콘기판과의 스트레스균형이 이루어진 150 nm-$Si_{3}N_{4}$/300 nm-$SiO_{2}$/150 nm-$Si_{3}N_{4}$ 다이아프레임위에 백금 박막히터 및 Bi-Sb 열전대배열을 형성하여 히터에서 실리콘기판으로 전달되는 열량의 차단효과가 현저히 개선된 유체센서를 제작하였다. 백금 박막히터는 유전체 다이아프레임의 열차단 효과때문에 비선형 전류-전압 특성을 나타내었고, 이 히터의 저항온도계수는 약 $0.00378\;/^{\circ}C$였으며, 또한 Bi-Sb 열전대의 Seebeck계수는 약 $97\;{\mu}V/K$였다. 기체의 열전도도가 증가할수록 유체센서가 나타내는 열기전력은 감소하였으며, 히터온도가 증가하거나 히터와 열전대사이의 거리가 감소할수록 센서의 감도는 증가하였다. 히터전압을 약 2.5V로 하였을 때 유체센서의 $N_{2}$유량에 대한 감도는 약 $1.27\;mV{\cdot}(sccm)^{-1/2}$였고, 열응답시간은 약 0.13 초였다.

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MBE 성장된 InAs 나노선의 열전 물성

  • 전성기;유진;박동우;이상준;송재용
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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    • pp.470.1-470.1
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    • 2014
  • InAs는 high mobility를 갖는 III-V 화합물 반도체로 최근 InAs 나노선 기반 electronic transport에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, InAs는 n-type의 중온 영역대의 열전물질로서 나노선이나 나노박막과 같은 저 차원 구조의 열전 특성에 대한 보고가 이루어 지고 있다. 대부분의 InAs 나노선의 성장 방법은 화학기상증착법에 의한 것으로, 상온에서 $100{\mu}V/K$ 이하의 낮은 Seebeck 계수 값을 나타내고 있다. 본 연구는 무촉매 상태에서 MBE (Molecular beam epitaxy) 성장시킨 InAs 나노선의 열전 특성을 측정하였다. MTMP (Microfabricated Thermoelectric measurement platform)를 이용하여 50 K에서 300 K까지의 온도 영역에서 전기전도도, Seebeck 계수의 측정을 진행하였다. 그 결과 Seebeck 계수 값은 상온에서 대략 $200{\mu}V/K$로 높게 나타나고 있으며, 동일한 나노선의 상온 전기전도도는 대략 9800 S/m로 많은 보고들과 비슷한 수준의 수치가 나타나고 있다. Transconductance 측정을 통한 field-effect mobility와 carrier 농도를 평가한 결과가 Mott formula에서 계산된 carrier 농도와 유사한 결과를 나타내었다. 매우 큰 Seebeck 는 carrier 농도가 낮은 것에 기인한 것으로 판단된다.

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