과제명 : 열전자 재료물질 개발 기술 동향

분석구분

기술동향분석

과제수행자

김*일

분석일

2011-03-10 13:57:25.0

기술산업분류

전기·전자

작성기관

한국과학기술정보연구원

키워드

열전자     

과학기술표준분류

전기 · 전자

내용

열전자 효과는 온도차를 전압차로 또는 전압차를 온도차로 직접적으로 변환시키는 것이다. 열전자 물질 디바이스는 양끝단의 온도차가 있을 때 전압을 생성시킨다. 반대로 전압을 가해주면 온도차를 만들어 내기도 한다. 원자스케일에서 본다면 온도차는 물질 내 하전 입자들을 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동시킨다. 이러한 하전 운반자들은 전자일 수도 있고 전자 홀일 수도 있다. 따라서 이러한 온도차에 의한 하전 운반자의 이동은 열에 인가된 전류이다. 이러한 효과는 전기를 발생시키거나 온도를 측정하거나 물체를 냉각시키거나 가열시키는 것 등에 이용할 수 있다. 가열이나 냉각의 방향이 가해지는 전압의 부호에 의해 결정되기 때문에 열전자 디바이스는 매우 편리한 온도조절기이다. 디바이스의 성능계수는 물질의 전기전도도에 비례하고 열전도도에는 반비례한다. 대표적인 열전자 물질들로는 Bi2Te3, PbTe, SiGe 등이 있는데 10%의 낮은 변환효율을 가진다. 그러나 이 물질을 양자우물, 초격자 구조, 나노선, 양자점 등 나노구조화 하여 기존의 물질 전기전도도를 높이고 열전도도를 낮추어 물질의 성능계수 즉 “thermoelectric figure of merit” 또는 ZT(어떠한 물질이 열로부터 전기를 생성해 내는 능력을 전기적 열적 전도성을 가지는 것으로 표현하는 척도)가 1 이상인 물질들로 개발할 수 있다. 퍼텐셜 장벽의 높이, 폭, 이들 간의 거리와 같은 나노결정의 물리적 특징들을 변하게 함으로서 운반자당 평균 에너지가 증가할 수 있어 출력인자의 증가를 이루어 열전자적인 성능을 개선하게 된다는 것이 열전자 나노혼합물에 대한 이론적 계산으로 제시된 것이다. 적절한 전자구조 변수를 통합함으로서 다른 나노혼합물에 적용할 수 있기 때문에 이 모델은 유망하며 포괄적이다. 이 시점에서 어떤 물질을 어떤 방법으로 디자인하여 ZT가 1 이상인 열전자 물질을 만드는가에 대한 정보가 앞으로 탄생할 국내 열전자 물질 소재산업에 보탬이 될 것이다.

분석물

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