본 기술은 열전 소재의 열전도도 특성을 평가하기 위한 측정 방법에 관한 것이다. 측정 패턴은 열전 소재 위에 반도체 공정을 이용하여 4-wire 저항 측정용 전극 패턴을 제작하고 입력 전류 대비 전압을 측정하고 측정된 전압에서 열전도도 값을 구하는 기술이다
열전도도는 열전소자의 특성을 결정하는 중요한 변수 중 하나이다. 열전소자의 특성은 figure of merit ZT로 나타낼 수 있는데 이는 Seebeck 계수, 전기 전도도, 및 동작 온도에 비례 하게 되며, 열전도도에 반 비례 한다. 실리콘 소자의 경우 Seebeck 계수, 전기전도도는 사용소자인 비스무스 계열의 합성 물질과 비슷한 수준을 갖는것으로 알려져 있으나 분모의 항인 열전도도는 비스무스에 비해 매우 크기 때문에 ZT값이 상용소자에 비해 100배 정도 작은 값을 갖는 특성을 보인다. 열전도도를 효과적으로 감소 시키기 위해서 과제에서 제안한 실리콘 금속 이종 접합을 사용 하게 된다. 이는 금속과 실리콘 계면에서 존재 하는 포논의 반사에 의해서 일어 날 수 있다. 이는 현재까지 이론적으로 입증된 사항이며 실험적으로는 증명이 된 바가 거의 없다.
열전 소자는 무진동과 간단한 구조 등의 장점으로 이미 그 가치가 입증되어 다양한 곳에 많이 적용되고 있으며, 점차 그 범위 및 응용대상이 넓어지고 있는 실정임. 열전 소자의 정확한 설계를 위해서는 내장되는 소재에 대한 열전도도 측정 정확성이 필수적이며, 기존 전자, 냉각기술 업체를 중심으로 활용하고자 하는 기술적 문의가 증가하고 있음
그러나 기술이전을 원하는 기업체의 경우 연구소의 원천 및 핵심기술 개발 노력과 무관하게 사업화에 적용할 수 있는 수준의 기술 개발을 원하고 있어 이에 대한 대응이 필요한 실정임
따라서 본 기술이전의 대상은 상용화를 위한 3w 방법을 이용한 열전도도 측정 기슬과 더불어 이를 이용한 열전 센서 개념까지를 포함하고자 함
실험적으로 열전도도를 계측 하기 위해서는 레이져 플래쉬, TDTR 같은 방법이 사용 되고 있으나 레이져 플래쉬 방법은 시료의 사이즈가 매우 큰 경우로 제한 되며 TDTR은 복잡한 방법 때문에 널리 사용되지 못하고 있다. 이에 반해 3ω 방법은 비교적 간단하게 열전도도를 파악 할 수 있으며 lock-in amp및 DAC 가 있으면 구현 할 수 있는 장점이 있다.
- 3w 방법을 이용한 열전도도 측정 방법
- 3w 방법을 이용한 열전 센서기술
- 유연성 열전 물질을 포함하는 센서 및 이를 이용한 센싱 시스템 (특허)
본 연구를 통해 개발된 3w 방법을 이용한 열전도도 측정 기슬 기술은 응용성이 우수할 뿐만 아니라, 열전 모듈 설계에 필수적인, 내장 소재의 정확한 열전도도 값을 확보할수 있도록 하여, 기술이전을 원하는 기업체의 사업화 시점을 크게 앞당겨 매출 증대와 더불어 경쟁력 향상을 가져올 것으로 전망됨
열전 소자의 상품으로써 활용가치는 광범위하며, 최근 들어 와인 냉장고, 자동차 컵 홀더 쿨러 등의 냉장 소자로서 뿐만 아니라 자동차나 선박 등의 엔진이나 발전소에서 발생하는 폐열을 에너지로 전환하는 소자로써 적용가능성이 매우 큰 것으로 분석됨