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첨단기술정보

나노구조를 이용한 열전소자의 현황과 과제

전문가 제언: 2 종류의 다른 전도체(금속 또는 반도체)를 접합시켜 온도차를 주면 전압이 발생하여 전류가 흐르는 Seebeck효과를 이용하여 열전(thermoelectrics)발전이 가능하다. 열전발전은 반도체의 경우 전자와 홀 같은 운반자가 열에 의해 확산되어 전류를 발생하는 것이고, 역으로 이 접합디바이스에 전류를 흘리면 접합면에서 흡열과 발열이 생겨 접합부가 냉각된다(Peltier 효과). 현재 이 효과를 이용하여 반도체 공정의 온도조정시스템이나 컴퓨터 냉각, 광통신 증폭기의 냉각 등에 실용화 되고 있다.

최근 미세가공기술의 발전에 의해 mm 크기의 디바이스 형상으로 μW 정도의 발전을 하여 전자디바이스를 가동하고 있다. 그러나 열전발전의 낮은 효율이 실용화에 장해가 됨으로 나노구조를 이용한 열전재료의 특성 개선연구가 활발하다. 나노구조 생성은 박막기술을 이용하고 있으므로 나노구조에 의한 열전재료의 특성개선과 마이크로발전기(마이크로 Peltier 냉각디바이스)의 융합연구가 진행되고 있다. 본 해설에서는 마이크로발전기의 연구와 박막기술을 이용한 나노구조 생성에 의한 특성개선 및 이들의 융합연구를 소개한다.