• 한국표면공학회지
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• 제49권1호
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• pp.40-45
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• 2016

Recently, $Bi_2Te_3$-based alloys are the best thermoelectric materials near to room temperature, so it has been researched to achieve increased figure of merit(ZT). Ternary compounds such as Bi-Te-Se and Bi-Sb-Te have higher thermoelectric property than binary compound Bi-Te and Sb-Te, respectively. Compared to DC plating method, pulsed electrodeposition is able to control parameters including average current density, and on/off pulse time etc. Thereby the morphology and properties of the films can be improved. In this study, we electrodeposited n-type ternary Cu-doped $Bi_2(Te-Se)_3$ thin film by modified pulse technique at room temperature. To further enhance thermoelectric properties of $Bi_2(Te-Se)_3$ thin film, we optimized Cu doping concentration in $Bi_2(Te-Se)_3$ thin film and correlated it to electrical and thermoelectric properties. Thus, the crystal, electrical, and thermoelectric properties of electrodeposited $Bi_2(Te-Se)_3$ thin film were characterized the XRD, SEM, EDS, Seebeck measurement, and Hall effect measurement, respectively. As a result, the thermoelectric properties of Cu-doped $Bi_2(Te-Se)_3$ thin films were observed that the Seebeck coefficient is $-101.2{\mu}V/K$ and the power factor is $1412.6{\mu}W/mK^2$ at 10 mg of Cu weight. The power factor of Cu-doped $Bi_2(Te-Se)_3$ thin film is 1.4 times higher than undoped $Bi_2(Te-Se)_3$ thin film.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권2호
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• pp.49-54
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• 2010

n형 $Bi_2(Te,Se)_3$ 분말을 용해/분쇄법으로 제조하여 가압소결 후, 가압소결체의 열전특성을 $Bi_2(Te,Se)_3$ 잉곳과 비교하였으며, $Bi_2(Te,Se)_3$ 열전분말의 기계적 밀링처리가 가압소결체의 열전특성에 미치는 영향을 분석하였다. $Bi_2(Te,Se)_3$ 잉곳은 $24.2{\times}10^{-4}W/m-K^2$의 power factor를 나타내었으며, 이를 가압소결함으로써 power factor가 $27.3{\sim}32.3{\times}10^{-4}W/m-K^2$로 향상되었다. 기계적 밀링처리한 분말로 제조한 $Bi_2(Te,Se)_3$ 가압소결체는 $100^{\circ}C$에서 1.02의 무차원 성능지수를 나타내었으며, $130^{\circ}C$에서 외인성-내인성 천이거동을 나타내었다.

• 한국결정학회지
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• 제14권2호
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• pp.62-66
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• 2003

VGF법을 사용하여 CuBr₂ dopant가 첨가된 Bi₂Te/sub 2.55/Se/sub 0.45/ 열전재료를 제조하였다. 이 방법을 사용하여 일방향으로 성장된 Bi₂Te/sub 2.55/Se/sub 0.45/ 잉곳의 제조가 가능하였으며 XRD 분석 결과 우선성장 방향이 (0 1 5)면임이 밝혀졌다. 본 실험을 통하여 제조한 열전재료의 Seebeck 계수와 전기전도도를 373∼523 K 범위에서 측정하였다.

• 한국재료학회지
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• 제8권5호
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• pp.408-412
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• 1998

Bi$_{2}$(Te$_{1-x}$Se$_{ x}$)$_{3}$(0.05$\leq$x$\leq$0.25)합금분말을 기계적 합금화 공정으로 제조하여 가압소결 후, $Bi_{2}$Se$_{3}$함량에 따른 열전특성의 변화거동을 분석하였다. 기계적 합금화로 제조한 $ Bi_{2}$(Te$_{1-x}$ $Se_{x}$$_{3}$ 가압소결체는 단결정과는 달리 donor dopant의 첨가없이도 n형 전도를 나타내었다. $Bi_2(Te_{0.85}Se_{0.15})_3$ 합금분말을 (50%H$_{2}$+50% Ar)분위기 중에서 환원처리하여 가압소결시, 분말 효면의 산화층 제거와 과잉 Te 공격자의 소멸에 기인한 전자 농도의 감소로 p형으로 천이되었다. 기계적 합금화로 제조한 $ Bi_{2}$($Te_{1-x}$ $Se_{x}$$_{3}$가압소결체는 x=0.15조성에서 $1.92{\times}10^{-3}$ K의 최대 성능지수를 나타내었다.

• 한국재료학회지
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• 제9권4호
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• pp.349-354
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• 1999

Dopant를 첨가하지 않은 시료와 donor dopant로 $CdI_2$를 첨가한 $Bi_2Te_3-10%$ 단결정을 Bridgman법으로 성장시키고 Hall 계수, 전하이동도, 전기비저향, Seebeck 계수, 열전도도 빛 성능지수를 77~600K의 온도범위에서 측정하였다. Dopant를 첨가하지 않은 90% $Bi_2Te_3-10% Bi_2Se_3$ 단결정에서 포화정공농도는 $5.85\times10_{18}cm^{-3}$ 이고 degenerate 온도는 127K 이었￡며, 전하 이동에 대한 산란인자는 -0.23 이고 전자이동도와 정꽁이동도의 비 ($\mu_e/\mu_h)$는 1.45 이었다. 90% $Bi_2Te_3-10% Bi_2Te_3$ 단결정의 OK 에서의 밴드갭 에너지는 0.200 eV 로서 $Bi_2Te_3-Bi_2Se_3$계 단결정에서눈 $Bi_2Se_3$의 놓도가 증가할수록 밴 드갭 에너지가 증가하였다. Donor dopant로 $CdI_2$를 첨가한 90% $Bi_2Te_3-Bi_2Se_3$ 조성의 n형 단결정에서 성능지수의 최대값은 $CdI_2$를 0.05 wt% 첨가한 경우에 약 230K에서 $3.2\times10^{-3}/K$를 나타내었다.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
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• 한국결정성장학회 1996년도 제11차 KACG 학술발표회 Crystalline Particle Symposium (CPS)
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• pp.311-352
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• 1996

Peltier 효과를 이용한 열전소자는 열응담 감도가 좋고 선택적 냉각이 가능하며 무소음, 무진동 및 소형화의 장점으로 각종 전자부품의 국부냉각소자로 응용되고 있다. 또한 최근 냉매의 사용없이 냉각이 가능한 열전재료를 이용한 자동차나 가정용 에어컨 및 냉장고 등의 각종 냉방시스템의 개발도 크게 주목을 받고 있다. 기존의 Bi2Te3계 단결정 열전재료는 성능지수는 우수하나, 기계적 취약성에 기인하여 소자가공시 수율 저하가 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근 단결정에 비해 기계적 강도가 우수한 다결정 열전재료의 제조공정에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 그 일환으로 기계적 합금화법을 이용한 열전재료의 제조공정이 연구되고 있다. 원료금속이 고 에너지 볼-밀 내에서의 연쇄적인 파괴와 압접에 의해 합금분말로 변화되는 기계적 합금화 공정은 상온공정으로 이를 사용하여 다결정 열전재료를 제조시 기존의 다결정 열전재료의 제조공정인 "용해 및 분쇄법'과 비교하여 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 전자냉각소자용 열전재료로서 상온부근에서 성능지수가 가장 우수한 p형 (Bi,Sb)2Te3 및 n형 Bi2(Te,Se)3 합금분말을 기계적 합금화 공정으로 제조하여 분말 특성을 분석하였으며, 가압소결 후 열전특성의 변화거동을 연구하였다. 순도 99.99% 이상인 Bi, Sb, Te, Se granule을 (Bi1-xSbx)2Te3 및 Bi2(Te1-ySey)3 조성에 맞게 칭량하여 불과 분말의 무게비 5:1로 강구와 함께 공구강 vial에 장입 후, Spex mixer/mill을 이용하여 기계적 합금화 하였다. 기계적 합금화 공정으로 제조한 분말에 대한 X-선 회절분석과 시차 열분석으로 합금화 정도를 분석하였다. (Bi1-xSbx)2Te3 및 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말을 10-5 torr의 진공중에서 300℃∼550℃의 온도로 30분간 가압소결하였다. 가압소결체의 파단면에서의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 상온에서 가압소결체의 열전특성을 측정하였다. (Bi1-xSbx)2Te3의 기계적 합금화에 요구되는 공정시간은 Sb2Te3 함량에 따라 증가하여 x=0.5 조성에서는 4 시간 45분, x=0.75 조성에서는 5 시간, x=1 조성에서는 6 시간 45분의 vibro 밀링이 요구되었다. n형 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말의 제조에 요구되는 밀링시간 역시 Bi2Se3 함량 증가에 따라 증가하였으며 Bi2(Te0.95Se0.05)3 합금분말의 제조에는 2시간, Bi2(Te0.9Se0.1)3 및 Bi2(Te0.85Se0.15)3 합금분말의 형성에는 3시간의 bivro 밀링이 요구되었다. 기계적 합금화로 제조한 p형 (Bi0.2Sb0.8)2Te3 및 n형 Bi2(Te0.9Se0.1)3 가압 소결체는 각기 2.9x10-3/K 및 2.1x10-3/K 의 우수한 성능지수를 나타내었다.

• 한국재료학회지
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• 제7권1호
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• pp.40-49
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• 1997

기계적 합금화 공정과 가압소결법으로 $Bi_{2}(Te_{0.9}Se_{0.1})_{3}$ 열전재료를 제조하여, 가압소결온도 및 dopant첨가에 따른 미세구조와 열전특성의변화를 연구하였다. 평균 3.6mm 크기의 Bi, Te, Se granule을 볼과 원료금속의 무게비 5:1에서 3 시간 기계적 합금화 하므로써 $Bi_{2}(Te_{0.9}Se_{0.1})_{3}$ 합금분말의 형성이 완료되었다. $Bi_{2}(Te_{0.9}Se_{0.1})_{3}$ 가압소결체의 성능지수는 $450^{\circ}C$ 이상의 온도에서 가압소결시 급격히 증가하였으며, $550^{\circ}C$에서 가압소결한 시편에서 $1.9{\times}10^{-3}/K$의 값을 얻었다. $550^{\circ}C$에서 가압소결한 $Bi_{2}(Te_{0.9}Se_{0.1})_{3}$의 성능지수는 acceptor dopant 인 Bi를 0.015wt %첨가함에 따라 $2.1{\times}10^{-3}/K$로 향상되었다.

• 한국분말야금학회:학술대회논문집
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• 한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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• pp.1223-1224
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• 2006

The p-type $(Bi_{0.2}Sb_{0.8})_2Te_3/(Pb_{0.7}Sn_{0.3})$Te functional gradient material (FGM) was fabricated by hot-pressing the mechanically alloyed $(Bi_{0.2}Sb_{0.8})_2Te_3$ and the 0.5 at% $Na_2Te-doped$ $(Pb_{0.7}Sn_{0.3})Te$ powders. Also, the n-type $Bi_2(Te_{0.9}Se_{0.1})_3/PbTe$ FGM was processed by hot-pressing the mechanically alloyed $Bi_2(Te_{0.9}Se_{0.1})_3$ and the 0.3 wt% Bi-doped PbTe powders. With ${\Delta}T$ larger than $300^{\circ}C$, the p-type $(Bi_{0.2}Sb_{0.8})_2Te_3/(Pb_{0.7}Sn_{0.3})Te$ FGM exhibited larger thermoelectric output power than those of the $(Bi_{0.2}Sb_{0.8})_2Te_3$ and the 0.5 at% $Na_2Te-doped$ $(Pb_{0.7}Sn_{0.3})Te$ alloys. For the n-type $Bi_2(Te_{0.9}Se_{0.1})_3/PbTe$ FGM, the thermoelectric output power superior to those of the $Bi_2(Te_{0.9}Se_{0.1})_3$ and the 0.3 wt% Bi-doped PbTe was predicted at ${\Delta}T$ larger than $300^{\circ}C$.

• 한국결정성장학회지
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• 제25권4호
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• pp.135-139
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• 2015

단결정 ingot 성장기술 중 하나인 traveling heater method(THM) 기술을 이용하여 n형 열전소재인 $Bi_2Te_3-Bi_2Se_3$ 고용체화합물을 성장하였다. 고용체 화합물내 $CdCl_2$와 $SbI_3$을 첨가하여 dopant의 영향을 확인하였고 각각의 dopant의 최적의 첨가량[$CdCl_2$ 0.1 wt%(Z: $2.73{\times}10^{-3}/K$), $SbI_3$ 0.05 wt%(Z: $2.29{\times}10^{-3}/K$)]을 확인하였다. THM 기술을 통해 성장된 ingot의 각 부위별 열전특성을 확인해 본 결과 주요 인자들의 표준편차가 낮은 매우 균질화된 특성을 보였다. 또한 $Bi_2Te_3-Bi_2Se_3$ 고용체화합물의 비등방성 지수와 dopant와의 관계를 확인하기 위하여 $90(Bi_2Te_3)10(Bi_2Se_3)$ 조성의 고용체화합물에 donor dopant로서 $CdCl_2$(0.05~0.1 wt%)을 첨가하여 dopant의 증가에 따른 비등방성 지수의 변화를 확인해본 결과 dopant가 증가함에 따라 비등방성 지수가 변하는 것을 확인하였고 이러한 비등방성 지수의 변화가 실제 열전성능에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1995년도 제8회 학술발표회 논문개요집
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• pp.67-67
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• 1995