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첨단기술정보

나노 실리콘

전문가 제언: 실리콘(Si)은 Ⅳ족 원소에 속하고, 열전재료인 Bi2Te3나 PbTe에 비하여 매우 가벼운 원소이다. Si는 지각 내부에 풍부하게 존재하는 원소이며, 독성이 없는 환경친화형 원소이다. Si구조의 고성능 열전재료가 개발되면 저가격, 무해하고 희소원소를 함유하지 않는 이상적인 재료가 실현될 수 있다.

Si는 상압에서는 다이아몬드 구조가 안정하고, 밴드 갭이 실온에서 1.12전자볼트(eV)인 진성반도체이다. 첨가제를 가함으로써 전도형태가 변화하고, Ⅲ족 원소가 p형 첨가제로서, Ⅴ족 원소가 n형 첨가제로서 사용된다. 대표적인 제로서 보론(B)나 인(P), 비소(As)를 들 수 있다.

As를 1.7×1019㎝-3 도핑한 단결정 실리콘은 실온에서 4㎽/mK의 출력인자를 나타내고, Bi-Te계 열전재료에 필적하는 높은 전기적 특성을 갖는다. 그러나 단결정 실리콘은 도핑하지 않았을 때에 156W/mK, B를 1×1020㎝-3 도핑해도 46W/mK의 매우 높은 열전도율을 갖고 있다. 이 때문에 Si의 열전성능지수( )는 실온에서 0.01로서 매우 작았기 때문에 그다지 주목되지 않았다. 여기에서는 최근 일본의 나노 구조화된 실리콘의 열전특성에 관하여 기술하였다.