열전소자

소개글

열전소자에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1) 열전소자의 개념
2. Bi2Te3계 열전재료의 제조방법
3. 열전소자 제작 공정도
4. PbTe 계 열전소자의 제조방법
5. 열전현상
6.Seebeck 효과
7.Peltier 효과
8.Thomson 효과

본문내용

Bi2Te3계 열전재료는 그림 3에서 보는 바와 같이 단체금속과 dopant의 혼합물을 용융하여 일방향응고 시키는 방법과 인고트를 분말화하여 얻은 분말을 이용하는 냉간 프레스 소결법과 열간프레스법에 의해 제조되고 있습니다.
일방향 응고재는 뛰어난 열전특성을 나타내고 있지만 온도구배, 성장속 등 제조조건이 어려울 뿐만 아니라 낮은 기계적 강도를 갖기 때문에 낮은 생산성과 소형의 소자 가공시 재료손실이 많은 단점을 갖고 있습니다.
이러한 단점을 해결하기 위하여 분말야금법이 도입되었다.
그러나 지금까지는 기계적 강도의 향상만을 고려하여, 분말을 냉간프레스한 성형체를 소결하는 냉간프레스법이 이용되어져 왔습니다.
1821년 독일의 Seebeck은 Cu와 Bi 또는 Bi와 Sb의 양쪽 끝을 연결하고 접합부의 한쪽을 가열한 결과 회로의 가운데에 높은 자침의 방향이 바뀌는 특이한 현상을 발견 하였습니다.
Seebeck은 이 결과를 Oersted 및 Biot와 Savart의 연구 결과를 바탕으로 온도차에 의해 도체가 자기적으로 분극을 일으킨 결과라고 해석하였고 이 현상은 온도차에 의해 전압 즉, 열기전력(thermoelectromotive force)이 발생하여 폐회로 내에서 전류가 흐르기 때문에 일어나는 것으로서 열전발전의 원리이며, Seebeck효과로 불리웁니다.
이후, 1843년 프랑스의 Peltier는 동일한 형상을 한 두 개의 서로 다른 금속으로 이루어진 회로에 직류전기를 흘리면 한 접합부에서는 흡열이 일어나고 다른 접합부에서는 발열이 일어나며, 전류의 방향을 반대로 하면 흡열과 발열이 반대로 일어나는 현상을 발견하였습니다.
이전까지는 전선에 전류를 흘리면 Joule 법칙에 의해서 발열만이 일어나는 것으로 생각하였으나, 전혀 기대하지 못했던 현상이 발견되었는데 이 현상은 일종의 heat pumping 현상으로써 전자냉각의 원리이며, Peltier 효과라 합니다.
1851년 영국의 Thomson은 Seebeck 효과와 Peltier 효과의 가역성을 열역학적으로 이론화하던 중 온도기울기가 있는 도체에 전류를 흘리면 열역학 제2법칙에 의해 도체내부에서 열이 흡수되거나 또는 열이 발생되는 효과 있을 수 있음을 예측하였는데 이 현상을 Thomson 효과라 하며, 그 이후에 실험적으로 증명이 되어 Seebeck 효과, Peltier 효과와 Thomson 효과를 통틀어 열전 현상이라 합니다.
2) Seebeck 효과
금속 막대의 양단간에 온도차( △T = T1 - T2 )가 발생하면 n형 반도체의 경우,고온단에 있는 전자들은 저온단에 있는 전자들보다 더 높은 운동에너지를 가지게 되어 고온단의 전자들이 평균적으로 Fermi level 보다 더 높은 에너지 상태로 되기 때문에 고온단에 있는 전자들은 에너지를 낮추기 위해 저온단으로 확산하게 됩니다.
전자들이 저온단으로 이동함에 따라 저온단은 "-"로 대전되고 고온부는 "+"로 대전되어 금속 막대의 양단간에 전위차가 발생하며, 이를Seebeck 전압이라 합니다.
Seebeck 전압은 전자들을 막대의 고온단으로 되돌려 보내려는 방향으로 작용하며, Seebeck 전위가 저온단으로 전자의 이동을 일으키는 열적 구동력과 정확히 균형을 이룰 때 평형상태가 됩니다.
이와 같이 재료 양단간의 온도차에 의해 발생하는 Seebeck 전압VS를 열기전력(thermoelectromotive force)라 하며, 양단간의 온도차가 매우 적은 범위에서 VS는 양단간의 온도차△T에 비례하여 아래와 같이 식(2.1)로 나타낼 수 있습니다.

키워드

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