KR100872332B1 - Method for manufacturing nanowire by using tensile stress - Google Patents

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KR100872332B1
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이우영
함진희
심우영
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연세대학교 산학협력단
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
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    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

본 발명은 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코스퍼터링(Co-sputtering) 또는 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 증착시킨 박막에서 인장응력을 이용한 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a single crystal thermoelectric nanowire using tensile stress, and more particularly, single crystal A x B 1- using tensile stress in a thin film deposited by co-sputtering or sputtering. It relates to a x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire manufacturing method.

이를 위해, 본 발명은 산화물층(SiO2, Al2O3, BeO, Mg2Al4Si5O18)이 상면에 형성된 기판의 제공 단계; 상기 산화물층(SiO2, Al2O3, BeO, Mg2Al4Si5O18) 상에 코스퍼터링법 또는 스퍼터링으로 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 형성하는 단계; 10-7 Torr로 유지되는 반응로 내에서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막이 산화물층(SiO2, Al2O3, BeO, Mg2Al4Si5O18) 상에 형성된 기판을 적치한 후, 열처리하는 단계; 열처리 단계 후, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 상온에서 냉각시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법을 제공한다.To this end, the present invention comprises the steps of providing a substrate having an oxide layer (SiO 2 , Al 2 O 3, BeO, Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ) is formed on the upper surface; A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin films on the oxide layer (SiO 2 , Al 2 O 3, BeO, Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 ) by coping or sputtering Forming a; In the reactor maintained at 10 -7 Torr, the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is formed of an oxide layer (SiO 2 , Al 2 O 3, BeO, Mg 2 Al 4). Depositing a substrate formed on Si 5 O 18 ) and then heat-treating it; After the heat treatment step, cooling the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film at room temperature; It provides a single crystal thermoelectric nanowire manufacturing method using a tensile stress, characterized in that it comprises a.

단결정 나노선, 압축응력, 비스무스(Bi), 비스무스 텔루라이드, 성능 지수(ZT), 열전도도, 전기 전도도, 열전 계수, 열전 소자 Single crystal nanowire, compressive stress, bismuth (Bi), bismuth telluride, figure of merit (ZT), thermal conductivity, electrical conductivity, thermoelectric coefficient, thermoelectric element

Description

인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법{Method for manufacturing nanowire by using tensile stress}Method for manufacturing single crystal thermoelectric nanowires using tensile stress {Method for manufacturing nanowire by using tensile stress}

도 1은 본 발명에 따른 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선의 제조 공정을 설명하는 개략도,1 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선을 제조하기 위한 장치를 보여주는 모식도,2 is a schematic diagram showing an apparatus for manufacturing single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowires according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 단결정 Bi x Te 1-x 나노선의 주사전자현미경 사진,3 is a scanning electron micrograph of a single crystal Bi x Te 1-x nanowire prepared by the method according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 단결정 Bi x Te 1-x 나노선의 투과전자현미경 사진과 전자회절패턴을 보여주는 사진,4 is a photograph showing transmission electron micrographs and electron diffraction patterns of single crystal Bi x Te 1-x nanowires prepared by the method according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 단결정 Bi x Te 1-x 나노선에 대한 성분 맵핑(elemental mapping)과 라인 스캔(line scan) 결과를 보여주는 사진,FIG. 5 is a photograph showing elemental mapping and line scan results for single crystal Bi x Te 1-x nanowires prepared by the method according to the present invention; FIG.

도 6은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 단결정 Bi x Te 1-x 나노선의 성장 모식도,6 is a growth schematic of single crystal Bi x Te 1-x nanowires prepared by the method according to the present invention,

도 7은 본 발명에 따른 단결정 Bi x Te 1-x 나노선을 제조하기 위한 Bi x Te 1-x 박막 제조 시 증착 파워에 따른 Bi x Te 1-x 의 의존성을 나타내는 그래프,7 is a graph showing the dependence of Bi x Te 1-x according to the deposition power in the production of Bi x Te 1-x thin film for producing a single crystal Bi x Te 1-x nanowire according to the present invention,

도 8은 본 발명에 따른 단결정 Bi x Te 1-x 나노선을 제조하기 위한 Bi x Te 1-x 박막을 코스퍼터링법으로 제조하기 위한 장치와 제조되는 BixTe1-x 박막을 보여주는 모식도.Figure 8 is a schematic view showing a single crystal Bi x Te 1-x and an apparatus for producing a Bi x Te 1-x thin films by co-sputtering method for the manufacture of a route and Bi x Te 1-x thin film is prepared according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 : 기판10: substrate

30 : 산화물층30: oxide layer

50 : A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막50: A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film

70 : A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선70: A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowires

100 : 반응로100: reactor

110 : 석영튜브110: quartz tube

120 : 알루미나 보트120: Alumina Boat

본 발명은 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코스퍼터링(Co-sputtering) 또는 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 증착시킨 박막에서 인장응력을 이용한 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a single crystal thermoelectric nanowire using tensile stress, and more particularly, single crystal A x B 1- using tensile stress in a thin film deposited by co-sputtering or sputtering. It relates to a x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire manufacturing method.

잘 알려진 바와 같이, 반금속(semimetallic)인 Bi(bismuth)와 반도체(semiconductor)인 Te의 합금인 Bi x Te 1-x 는 큰 질량을 가지며, Bi와 Te 간의 반데르 발스 결합(Van der Waals bonding)과, Te 간의 공유 결합(Covalent bonding)으로 작은 스프링 상수를 갖기에 열전도도를 감소시킬 수 있고, 그로 인하여 성능 지수(figure of merit, ZT)를 증가시킬 수 있으므로, 현재 열전 재료로 많은 관심을 받고 있다.As is well known, Bi x Te 1-x , an alloy of semimetallic Bi (bismuth) and semiconductor (semiconductor) Te, has a large mass and van der Waals bonding between Bi and Te ) And covalent bonding between Te, which has a small spring constant, which can reduce the thermal conductivity, thereby increasing the figure of merit (ZT), and thus attract a lot of attention to current thermoelectric materials. I am getting it.

또한, 반도체 재료인 Bi x Te 1-x 를 나노선으로 제조함으로써, 전자에너지 준위밀도(electrical density of state)를 제어할 수 있게 되며, 이 에너지준위 밀도함수의 모양과 피크 위치를 페르미 준위(Fermi level)에 매칭시키게 되면, 열전 효과에 영향을 주는 제벡 계수(Seebeck coefficient)를 조정할 수 있게 된다.In addition, by fabricating a semiconductor material Bi x Te 1-x with nanowires, it is possible to control the electrical energy density (state) of electrical energy, the shape and peak position of the energy level density function Fermi level (Fermi level) level, the Seebeck coefficient affecting the thermoelectric effect can be adjusted.

그리고, 양자구속효과에 의해 전자운동도를 증가시켜 전기전도도를 높은 값으로 유지할 수 있어 벌크상 열전 재료의 한계를 극복하고 비교적 큰 ZT 값을 얻을 수 있다.In addition, the electron mobility is increased by the quantum confinement effect, so that the electrical conductivity can be maintained at a high value, thereby overcoming the limitations of the bulk thermoelectric material and obtaining a relatively large ZT value.

그러나, 높은 열전 효율을 위한 Bi x Te 1-x 단결정 나노선 제조가 열전 특성 연구에 필수적임에도 불구하고, 물질 고유의 특성상 단결정성을 가지기 어려워 나노 선 성장에 제한을 가지고 있을 뿐만 아니라, Bi x Te 1-x 나노선의 성장방법은 현재까지 많이 알려져 있지는 않다.However, the Bi x Te 1-x single crystal nanowires produced for a high thermal efficiency, even though necessary for the thermal characterization, not only has a limit on the hard nanowires grown have a nature of monocrystalline of the material-specific, Bi x Te The growth method of 1-x nanowires is not known so far.

일반적으로, Bi x Te 1-x 단결정 나노선의 제조는 단일 물질이 아닌 합금으로 성장시켜야 함에 따라, 각 물질이 용해되어 있는 용매를 이용하여 성장시키는 방법이 주를 이루고 있으며, 이러한 방법으로는 템플릿-보조 방법(Templated-assisted method), 용액-상 방법(Solution-phase method), 압력 주입 방법(Pressure injection method) 등을 들 수 있다.In general, the production of Bi x Te 1-x single crystal nanowires should be grown using alloys rather than a single material, so that the growth is mainly performed using a solvent in which each material is dissolved. Tempered-assisted method, Solution-phase method, Pressure injection method and the like.

그러나, 상기 템플릿-보조(Templated-assisted) 방법은 템플릿의 마련이 쉽지 않으며, 또한 그 밖의 방법들은 초기 물질(starting material)이 필요하는 등 복잡한 공정이 필수적으로 수반되는 단점이 있고, 아울러, 단일 나노선 소자 공정을 위해 적절한 템플릿의 제거와 나노선 표면에 잔존하는 화학물질의 제거를 필수적으로 요하며, 또한 낮은 장평비(aspect ratio)로 인해 소자 공정시 다양한 패턴 형성에 어려움이 있다.However, the template-assisted method is not easy to prepare a template, and other methods have a disadvantage that a complicated process is necessarily required, such as requiring a starting material. It is essential to remove the appropriate template and the chemicals remaining on the surface of the nanowires for the route device process, and there is a difficulty in forming various patterns in the device process due to the low aspect ratio.

무엇보다도, 이러한 기존의 방법들은 성장된 Bi x Te 1-x 나노선이 다결정성 (polycrystalline)을 가지게 되어, Bi x Te 1-x 고유 특성을 관찰하는데 한계가 있다.Above all, these existing methods have grown Bi x Te 1-x nanowires are polycrystalline, and thus there is a limit in observing Bi x Te 1-x intrinsic properties.

이러한 점을 고려하여, 본원 출원인은 단결정 Bi 나노선의 성장 기술을 이미 특허출원[출원번호: 10-2006-137069]한 바 있으며, 이를 응용하여 단일 물질에 대한 나노선 성장기술에서 더 나아가 코스퍼터링 또는 스퍼터링법으로 두 가지 이상 의 물질을 이용한 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선 성장을 위한 기술이 요구되었다.In consideration of this point, the applicant has already applied for a patent for the growth technology of single crystal Bi nanowires (application number: 10-2006-137069), and applied to the nanowire growth technology for a single material. A technique for growing single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowires using two or more materials by sputtering was required.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선 성장을 위해 기존에 선행된 연구와 달리 템플릿 제조나 촉매 제조를 거치는 일반적인 나노선 합성과정을 거치지 않을 뿐만 아니라, 초기물질의 개입이나 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se)의 액상 혹은 기상으로의 상태 변화없이 매우 간단한 방법으로 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선을 제조할 수 있도록 한 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법을 제공한다.The present invention has been studied in view of the above points, unlike the previous studies for single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire growth template preparation or Not only does the general nanowire synthesis process through the catalyst preparation, but also very simple, without the intervention of the initial material or the change of state of A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) into the liquid or gas phase The present invention provides a method for producing a single crystal thermoelectric nanowire using a tensile stress, which enables the production of single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowires.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 산화물층이 상면에 형성된 기판의 제공 단계; 상기 산화물층상에 코스퍼터링법 또는 스퍼터링법으로 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 형성하는 단계; 10-7 Torr로 유지되는 반응로 내에서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막이 산화물층상에 형성된 기판을 적치한 후, 열처리하는 단계; 열처리 단계 후, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 보통 상온인 20∼25℃에서 냉각시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 나노선 제조 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object is a step of providing a substrate having an oxide layer formed on the upper surface; Forming an A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film on the oxide layer by a sputtering method or a sputtering method; Depositing a substrate on which an A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is formed on an oxide layer in a reactor maintained at 10 −7 Torr, followed by heat treatment; After the heat treatment step, the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is cooled at a normal temperature of 20-25 ℃; It provides a single crystal nanowire manufacturing method using a tensile stress, characterized in that it comprises a.

바람직한 일 구현예로서, 상기 열처리하는 단계중, 상기 기판과, 산화물층과, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막은 서로 다른 열팽창계수로 인하여, 부피 팽창이 큰 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막은 부피 팽창이 작은 산화물층에 의해 압축응력이 걸리게 되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, during the heat treatment, the substrate, the oxide layer, and the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin films are expanded due to different thermal expansion coefficients. This large A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is characterized by being subjected to compressive stress by an oxide layer having a small volume expansion.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 상온에서 냉각시키는 단계중, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 단결정 나노선이 성장되는 동시에 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막은 냉각에 의하여 본래의 위치로 뒤돌아가려는 인장응력이 걸리게 되고, 이 인장응력은 나노선 성장을 위한 열역학적 구동력으로 작용하는 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment, during the cooling of the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film at room temperature, A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) single crystal nanowires are grown, and the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is subjected to tensile stress to return to its original position by cooling. The stress is characterized by acting as a thermodynamic driving force for nanowire growth.

바람직하게는, 상기 산화물층의 두께는 3000-5000Å로 한정하고, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막의 두께를 10nm∼4㎛로 한정한다.Preferably, the thickness of the oxide layer is limited to 3000-5000 kPa, and the thickness of the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is limited to 10 nm to 4 µm.

이때, 상기 산화물층은 SiO2, Al2O3, BeO, Mg2Al4Si5O18 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In this case, the oxide layer is characterized in that any one selected from SiO 2 , Al 2 O 3, BeO, Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 .

또한, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막의 열처리 온도는 100~1000℃이고, 그 열처리 시간은 1~15시간으로 설정하는 것이 바람직하다.The heat treatment temperature of the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is preferably 100 to 1000 ° C, and the heat treatment time is set to 1 to 15 hours.

한편, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선을 이용한 소자 제작을 위하여 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선의 산화물층을 플라즈마 에칭법을 통하여 10~100W, 2~3mTorr, 5~10cm 거리에서 12분간 식각하여 제거하는 단계가 더 진행될 수 있다.On the other hand, A x B 1-x ( A: Bi, B: Te, Sb, Se) or the to the device produced using the route A x B 1-x (A : Bi, B: Te, Sb, Se) nano The step of etching the oxide layer of the line by etching for 10 minutes at a distance of 10 ~ 100W, 2 ~ 3mTorr, 5 ~ 10cm through a plasma etching method may be further carried out.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선의 제조 공정을 설명하는 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of a single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire according to the present invention.

도 1의 (a)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선 제조를 위하여 산화물층(30)이 상면에 형성된 기판(10)을 이용하며, 상기 산화물층은 SiO2, Al2O3, BeO, Mg2Al4Si5O18 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 1, a substrate in which an oxide layer 30 is formed on an upper surface of a single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire of the present invention 10), and the oxide layer may be any one selected from SiO 2 , Al 2 O 3, BeO, Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 .

보다 상세하게는, 상기 기판(10)은 (111)면의 열산화된 Si기판즉, Si(111) 면에서 열산화가 일어난 기판을 이용하고, 바람직하게는 상기 기판(10)상의 산화물층(30) 두께는 3000-5000Å으로 제한하며, 그 이유는 기판(10)상의 산화물층(30) 두께가 3000-5000Å 범위 밖의 조건일 경우 나노선이 생성되기 위해 필요한 인장 응력 조건에 미치지 못하여 나노선 성장에 제한이 될 수 있기 때문이다.More specifically, the substrate 10 is a thermally oxidized Si substrate on the (111) plane, that is, a substrate in which thermal oxidation occurs on the Si (111) plane, and preferably, an oxide layer (on the substrate 10) 30) The thickness is limited to 3000-5000 GPa, because the thickness of the oxide layer 30 on the substrate 10 is outside the range of 3000-5000 GPa, so that the nanowire growth is less than the tensile stress condition required for the nanowires to be generated. This can be a limitation.

이어서, 도 1의 (b)와 같이, SiO2, Al2O3, BeO, Mg2Al4Si5O18 중에서 선택된 하나인 산화물층(30)을 갖는 기판(10)의 상부, 즉 산화물층(30)상에 코스퍼터링법으로 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, an upper portion of the substrate 10 having the oxide layer 30, which is one selected from SiO 2 , Al 2 O 3, BeO, and Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 , that is, the oxide layer ( A thin film 50 of A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) is formed on the substrate 30) by the cottering method.

이러한 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 형성하는 방법은 통상적인 것으로, 스퍼터링법을 이용한 다양한 공정을 통하여 상기 기판(10)상에 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)을 형성할 수 있다.Such a method of forming A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin films is conventional, and A x B 1- on the substrate 10 through various processes using a sputtering method. An x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 may be formed.

한편, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)의 조성, 예를 들어 Bi x Te 1-x 박막의 조성은 Bi 와 Te 각 물질 증착시의 파워에 의존함에 따라서 Bi x Te 1-x 박막 조성을 조절할 수 있고, 또한 하기의 실시예에서 설명되는 Bi x Te 1-x 나노선 조성은 상기 Bi x Te 1-x 박막 조성에 의존하므로 특정한 조성의 Bi x Te 1-x 나노선을 성장시키고자 할 경우 Bi x Te 1-x 박막 조성을 조절하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 x는 A물질과 B물질의 상대적인 비율을 의미하는 것으로, 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 예를 들면 x는 대략 0.5∼0.85가 될 수 있다. On the other hand, the composition of the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50, for example, the Bi x Te 1-x thin film composition of the Bi and Te can be adjusted as dependent on power according Bi x Te 1-x thin film composition, and Bi x Te 1-x nanowire composition described in the examples below are dependent on the Bi x Te 1-x thin film composition of the specific composition Bi x Te 1-x, or if the grow line and characters may be made by adjusting the composition Bi x Te 1-x thin film.
Here, x means a relative ratio of the A material and the B material, as can be seen in Figure 7, for example, x may be approximately 0.5 to 0.85.

이때, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)의 두께를 10nm∼4㎛로 제한하는 것이 바람직하며, 그 한정 이유는 박막(50)의 두께를 10nm 이하로 할 경우는 나노선이 성장되기 위해 필요한 물질의 양이 충분하지 않게 되어 나노선이 성장되기 어려우며, 4㎛ 이상이 될 경우는 상기 산화물층(30)과 박막(50)과의 인장응력 크기가 나노선 성장시 요구되는 인장응력 크기에 적절하지 않게 되어 나노선 성장이 제대로 이루어지지 않을 수 있기 때문이다.In this case, it is preferable to limit the thickness of the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 to 10 nm to 4 μm, and the reason for limitation is the thickness of the thin film 50. When 10 nm or less, the amount of material required for the nanowires to grow is not enough, it is difficult to grow the nanowires, and when the thickness is 4㎛ or more, the tension between the oxide layer 30 and the thin film 50 This is because the stress size is not appropriate to the tensile stress size required for nanowire growth, and nanowire growth may not be performed properly.

다음으로, 본 발명에 따르면 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)이 산 화물층(30)상에 형성된 기판(10)을 반응로 내부에 적치한 후, 열처리한다.Next, according to the present invention, the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 has a substrate 10 formed on the oxide layer 30 inside the reactor. After loading, heat treatment is performed.

여기서, 본 발명에 따른 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선을 제조하기 위한 장치, 즉 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)이 산화물층(30)상에 형성된 기판(10)의 열처리용 반응로를 포함하는 제조 장치의 구성과 그 열처리 과정을 설명하면 다음과 같다.Here, a device for producing a single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire according to the present invention, that is, the A x B 1-x (A: Bi, B: Te , Sb, Se) The structure of the manufacturing apparatus including the reactor for the heat treatment of the substrate 10 formed on the oxide layer 30 and the heat treatment process will be described below.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선을 제조하기 위한 장치를 보여주는 모식도이다.2 is a schematic view showing an apparatus for manufacturing single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowires according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조 장치는 크게 반응로(100)와, 이 반응로(100)의 내부에 배치되는 석영튜브(110)와, 이 석영튜브(110)내에 위치하도록 구성된 알루미나 보트(120)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the manufacturing apparatus of the present invention is largely configured to include a reactor 100, a quartz tube 110 disposed inside the reactor 100, and a quartz tube 110. It is configured to include an alumina boat 120.

또한, 상기 반응로(100)에는 히터(미도시됨)가 위치하여 상기 석영튜브(110)를 가열하는 동시에 그 내부의 알루미나 보트(120)를 가열하게 되고, 이때의 가열온도는 제어기(미도시됨)를 통하여 조절할 수 있으며, 아울러 상기 석영튜브(110)의 우측 단부에는 석영튜브(110)내 진공 제공을 위해 진공 펌프(미도시됨)가 위치된다.In addition, a heater (not shown) is disposed in the reactor 100 to heat the quartz tube 110 and to heat the alumina boat 120 therein, and the heating temperature at this time is a controller (not shown). And a vacuum pump (not shown) is provided at the right end of the quartz tube 110 to provide a vacuum in the quartz tube 110.

이에, 상기 알루미나 보트(120)의 내부에는 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)이 산화물층(30)상에 형성된 기판(10)이 놓이게 된다.Accordingly, the substrate 10 having the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 formed on the oxide layer 30 is disposed inside the alumina boat 120. .

즉, 상기 석영튜브(110) 내부의 알루미나 보트(120)상에 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)이 산화물층(30)상에 형성된 기판(10)을 탑재한 다음, 상기 히터의 열에 의하여 알루미나 보트(120)가 가열되는 동시에 상기 기판(10)이 가열된다.That is, a substrate on which the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 is formed on the oxide layer 30 on the alumina boat 120 inside the quartz tube 110. After the 10 is mounted, the alumina boat 120 is heated by the heat of the heater and at the same time the substrate 10 is heated.

이때, 본 발명에 따르면 상기 반응로(100)의 내부를 10-7 Torr 정도로 유지하는 것이 바람직하며, 10-7 Torr 정도로 유지하는 것은 성장되는 나노선의 산화를 방지하여 결정성이 뛰어난 나노선의 성장이 가능할 수 있게 해준다.In this case, according to the present invention, it is preferable to maintain the inside of the reactor 100 at about 10 −7 Torr, and maintaining at about 10 −7 Torr prevents the oxidation of the grown nanowires so that the growth of the nanowires has excellent crystallinity. Make it possible.

이와 같이, 상기 알루미나 보트(120)상에 탑재된 기판, 즉 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)이 산화물층(30)상에 형성된 기판(10)을 가열함으로써, 첨부한 도 1의 (c)와 같이, 상기 기판(10)상의 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)에 압축응력이 유발되어진다.As such, a substrate mounted on the alumina boat 120, that is, a substrate in which A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 is formed on the oxide layer 30 ( 10, the compressive stress is applied to the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 on the substrate 10 as shown in FIG. It is triggered.

즉, 상기 기판(10)과, 산화물층(30)과, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)은 서로 다른 열팽창계수를 갖기 때문에, 상기와 같은 열처리시 높은 열팽창계수 (~19×10-6/℃)로 인해 부피 팽창이 큰 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)은 상대적으로 낮은 열팽창계수(0.5 × 10-6/℃)로 인해 부피 팽창이 작은 Si 산화층(30)에 의해 압축응력이 걸리게 된다.That is, since the substrate 10, the oxide layer 30, and the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 have different thermal expansion coefficients, Heat treatment during the high thermal expansion coefficient (~ 19 × 10 -6 / ℃ ) due to the volume expansion is greater as a x B 1-x (a: Bi, B: Te , Sb, Se) thin film 50 has a relatively low thermal expansion Due to the coefficient (0.5 × 10 −6 / ° C.), compressive stress is applied by the Si oxide layer 30 with small volume expansion.

한편, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)의 열처리온도를 B에 사용되는 물질의 특성에 따라 100~1000℃로 제한하고, 또한 그 열처리 시간을 1~15시간으로 제한하는 것이 바람직하고, 이러한 열처리 시간이 증가할수록 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막은 더욱 팽창하여 많은 압축응력을 유발시킬 수 있다.On the other hand, the heat treatment temperature of the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 is limited to 100 ~ 1000 ℃ according to the properties of the material used for B, and further the heat treatment It is preferable to limit the time to 1 to 15 hours, and as the heat treatment time increases, the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film can expand more and cause more compressive stress. have.

다음으로, 상기와 같은 열처리 공정이 완료된 후, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)을 보통 상온인 20∼25℃에서 냉각시킨다.
이때, 나노선 제조분야에서 통상 사용하는 냉각매체인 헬륨이나 액체질소 등을 사용하여 일정시간 냉각시킨다.
보통 -100℃ 이하 정도가 되면 냉각되었다고 본다. Next, after the above heat treatment process is completed, the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 is cooled at a normal temperature of 20 to 25 ℃.
At this time, helium or liquid nitrogen, which is commonly used in the nanowire manufacturing field, is cooled for a predetermined time.
Usually, it is considered to cool down to about -100 ℃ or less.

이러한 냉각과정의 초기시, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 대부분의 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 단결정 나노선(70)이 성장되는데, 이 나노선 성장과 함께 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)은 냉각에 의하여 본래의 위치로 뒤돌아가려는 인장응력이 걸리게 된다.At the beginning of this cooling process, as shown in FIG. 2 (d), most of A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) single crystal nanowires 70 are grown. Ax B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50 with the nanowire growth is subjected to tensile stress to return to the original position by cooling.

이러한 인장응력은 냉각공정에서의 나노선 성장에 있어서 열역학적 구동력(thermodynamic driving force)으로 작용하게 된다.This tensile stress acts as a thermodynamic driving force in nanowire growth in the cooling process.

즉, 냉각 과정시 열처리 단계에서 이미 열팽창되어 있던 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)이 평형상태로 되돌아가기 위해 수축되면서 인장응력이 일어나는데, 이러한 인장응력은 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 단결정 나노선(70)이 성장하는데 열역학적 구동력으로 작용하여, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 단결정 나노선의 성장이 보다 용이하게 일어나게 한다.That is, the tensile stress occurs as the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film 50, which has already been thermally expanded in the heat treatment step, shrinks to return to an equilibrium state. Tensile stress acts as a thermodynamic driving force to grow A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) single crystal nanowires 70, and A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) makes the growth of single crystal nanowires easier.

결국, 상기 냉각과정중 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막(50)에 작용하는 인장응력을 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 단결정 나노선의 성장과 아울러 열역학적 구동력(thermodynamic driving force)으로 작용하도록 유효한 방향으로 해소시킬 수 있다.Eventually, A x B 1-x of the cooling process (A: Bi, B: Te , Sb, Se) to a tensile stress acting on the thin film (50) A x B 1- x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) can be solved in the effective direction to act as a thermodynamic driving force in addition to the growth of single crystal nanowires.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

실시예Example

먼저, Si산화물층(SiO2)이 3000Å 두께로 형성된 기판을 구비한 다음, 스퍼터링 또는 코스퍼터링법으로 상기 기판의 산화물층상에 Bi x Te 1-x 박막 500Å두께로 형성하였으며, 이는 도 8의 모식도에 나타낸 바와 같다.First, the Si oxide layer (SiO 2 ) was provided with a substrate having a thickness of 3000 Å, and then formed on the oxide layer of the substrate by a sputtering or coaster method to a thickness of 500 Å of Bi x Te 1-x thin film, which is the schematic diagram of FIG. 8. As shown in.

이후, 산화물층상에 Bi x Te 1-x 박막이 형성된 기판을 반응로의 알루미나 보트상에 탑재한 다음, 350℃의 온도로 가열하는 열처리 공정을 진행하였다.Subsequently, the substrate on which the Bi x Te 1-x thin film was formed on the oxide layer was mounted on the alumina boat of the reactor, and then a heat treatment process was performed to heat at a temperature of 350 ° C.

이어서, 열처리 공정후 산화물층상에 Bi x Te 1-x 박막이 형성된 기판을 상온에서 냉각하는 과정을 통하여, 열처리시 팽창되어 있던 Bi x Te 1-x 박막의 수축시 인장응력이 열역학적 구동력으로 작용하면서 Bi x Te 1-x 단결정 나노선이 용이하게 성장되도록 함으로써, Bi x Te 1-x 단결정 나노선을 제조하였다.Subsequently, through the process of cooling the substrate having the Bi x Te 1-x thin film formed on the oxide layer after the heat treatment at room temperature, the tensile stress during shrinkage of the expanded Bi x Te 1-x thin film during the heat treatment acts as a thermodynamic driving force. by making Bi x Te 1-x easily grow a single crystal nanowire was produced by Bi x Te 1-x single crystal nanowires.

한편, 첨부한 도 6은 Bi x Te 1-x 단결정 나노선의 성장 모식도를 나타내고 있는데, 상기한 열처리후 냉각과정를 통하여 발생된 인장응력으로 Bi x Te 1-x 원자의 물질이동(mass transportation)이 결정립으로 이동하여, 나노선 성장에 근원(seed)이 되고, 또한 거친 표면은 Bi x Te 1-x 박막위에 형성된 산화층에 균열(crack)을 유발시켜 나노선이 용이하게 Bi x Te 1-x 박막에서 뚫고 나올 수 있는 원인이 된다.Meanwhile, FIG. 6 shows a growth diagram of the Bi x Te 1-x single crystal nanowires, in which mass transportation of Bi x Te 1-x atoms is determined by the tensile stress generated through the cooling process. by going to, or being a source (seed) in line growth, also a rough surface is Bi x Te 1-x by the oxide layer formed on the thin film caused a crack (crack) or the route is easily Bi x Te in 1-x thin film It can cause breakthroughs.

실험예1Experimental Example 1

상기 실시예에서 제조된 Bi x Te 1-x 단결정 나노선을 주사전자 현미경으로 관찰하였는 바, 그 관찰 사진은 첨부한 도 3에 나타낸 바와 같다.The Bi x Te 1-x single crystal nanowires prepared in Example were observed with a scanning electron microscope, and the photographs are as shown in FIG. 3.

본 발명의 Bi x Te 1-x 나노선은 50~1000 nm의 직경을 가지며 전체적으로 단일상을 조성할 수 있음을 알 수 있었고, 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 단결정 Bi x Te 1-x 나노선은 그 형태가 균일한 모양으로 성장하고, 아울러 나노선의 수율도 높음을 확인할 수 있었으며, 또한 단결정 Bi x Te 1-x 나노선의 길이는 수백 마이크로미터이고, 그 직경은 수십-수백 나노미터임을 확인할 수 있었다.Bi x Te 1-x nanowire of the present invention has a diameter of 50 ~ 1000 nm it can be seen that it can form a single phase as a whole, as shown in Figure 3, the single crystal Bi x Te 1-x of the present invention It was confirmed that the nanowires grow in a uniform shape, and the yield of the nanowires is high, and the length of the single crystal Bi x Te 1-x nanowires is hundreds of micrometers, and the diameters of tens to hundreds of nanometers. I could confirm it.

실험예2Experimental Example 2

상기 실시예에서 제조된 Bi x Te 1-x 단결정 나노선을 투과전자 현미경으로 관찰하였는 바, 그 관찰 사진은 첨부한 도 4에 나타낸 바와 같다.The Bi x Te 1-x single crystal nanowires prepared in Example were observed with a transmission electron microscope, and the photographs are as shown in FIG. 4.

첨부한 도 4는 단결정 Bi x Te 1-x 나노선의 투과전자현미경 사진과 전자회절패턴을 보여주는 사진으로서, 도 4의 (a)는 나노선의 투과전자현미경 이미지를 보여주며, 도 4의 (b)는 전자회절 패턴에서도 나노벨트가 [100] 방향을 따라 삼방정(rhombohedral) 구조로 형성되었음을 보여주고 있으며, 도 4의 (c)는 나노선의 고해상도(High-resolution) 투과전자 현미경 이미지로서 나노선의 성장 방향이 [100] 방향으로 우선 배향 성장하였음을 확인할 수 있었다.4 is a transmission electron microscope photograph and electron diffraction pattern of a single crystal Bi x Te 1-x nanowire, (a) of FIG. 4 shows a transmission electron microscope image of the nanowire, and (b) of FIG. In the electron diffraction pattern shows that the nano belt is formed in a trigonal (rhombohedral) structure along the [100] direction, Figure 4 (c) is a high-resolution transmission electron microscopy image of the nanowire growth of the nanowires It was confirmed that the orientation first grown in the [100] direction.

또한, 투과전전자 현미경 관찰 결과, 결정립과 같은 제2상은 관찰되지 않음도 확인할 수 있었다.In addition, as a result of transmission electron microscope observation, it was also confirmed that a second phase such as crystal grains was not observed.

실험예3Experimental Example 3

상기 실시예에서 제조된 Bi x Te 1-x 단결정 나노선에 대한 성분 맵핑과 라인 스캔 실험을 하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 5에 나타낸 바와 같다.Component mapping and line scan experiments were performed on the Bi x Te 1-x single crystal nanowires prepared in Examples, and the results are shown in FIG. 5.

첨부한 도 5는 단결정 Bi x Te 1-x 나노선에 대한 성분 맵핑(elemental mapping)과 라인 스캔 (line scan) 결과를 보여주는 사진으로서, 코스퍼터링을 통하여 성장된 Bi x Te 1-x 박막으로부터 냉각시의 인장응력에 의하여 성장된 Bi x Te 1-x 나노선의 성분 맵핑 결과, Bi 와 Te이 나노선의 길이 방향으로 편석됨없이 균일하게 분포하고 있음을 확인할 수 있었다.FIG. 5 is a photograph showing elemental mapping and line scan results of single crystal Bi x Te 1-x nanowires, and is cooled from a Bi x Te 1-x thin film grown through coping. As a result of the component mapping of the Bi x Te 1-x nanowires grown by tensile stress of Si, Bi and Te were uniformly distributed without segregation in the longitudinal direction of the nanowires.

또한, 상기 라인 스캔은 Bi x Te 1-x 의 양적 분석법으로 Bi 와 Te 이 나노선 전체에 균질하게 분포하고 있음을 확인할 수 있었다.In addition, the line scan was confirmed that Bi and Te are homogeneously distributed throughout the nanowire by the quantitative analysis of Bi x Te 1-x .

실험예4Experimental Example 4

본 발명의 Bi x Te 1-x 단결정 나노선의 제조를 위하여 Bi x Te 1-x 박막을 먼저 제조하는 바, 이 Bi x Te 1-x 박막 제조시 증착 파워에 따른 Bi x Te 1-x 조성의 의존성을 실험하였고, 그 결과는 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같다.In order to prepare Bi x Te 1-x single crystal nanowires of the present invention, a Bi x Te 1-x thin film is first prepared, and the Bi x Te 1-x thin film has a Bi x Te 1-x composition according to deposition power. The dependencies were tested and the results are shown in the graph of FIG.

도 7에 나타난 바와 같이, Bi 와 Te을 코스퍼터링시 Bi과 Te의 조성비가 Bi 증착 파워와 Te의 증착 파워에 각각 의존하고 있음을 알 수 있었다.As shown in FIG. 7, it can be seen that the composition ratios of Bi and Te depend on the Bi deposition power and the Te deposition power when co-torting Bi and Te.

이를 통해, Bi x Te 1-x 박막 증착시에 증착 파워 조절을 통하여, Bi x Te 1-x 박막의 조성을 조절할 수 있고, 원하는 조성의 Bi x Te 1-x 나노선을 성장시킬 수 있음을 알 수 있었다.This, through the deposition power control at the time of Bi x Te 1-x thin film deposition, it is possible to control the composition of Bi x Te 1-x thin film, seen that the number of growing the Bi x Te 1-x nanowires of a desired composition Could.

이와 같이, 본 발명에 따르면 단결정 Bi x Te 1-x 나노선 성장을 위해 기존의 선행된 기술과 달리 템플릿 제조나 촉매 제조를 거치는 일반적인 나노선 합성과정을 거치지 않을 뿐만 아니라, 초기물질 또는 이종물질의 개입이나 Bi x Te 1-x 의 액상 혹은 기상으로의 상태변화 없이 결정성이 뛰어난 단결정 Bi x Te 1-x 나노선을 성장시킬 수 있다.As such, according to the present invention, unlike the conventional technology for growing single - crystal Bi x Te 1-x nanowires, not only the general nanowire synthesis process through template preparation or catalyst preparation, but also the initial material or heterogeneous material Single crystal Bi x Te 1-x nanowires with excellent crystallinity can be grown without intervening or changing the state of Bi x Te 1-x into liquid or gas phase.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 인장응력을 이용한 단결정 나노선 제조 방법에 의하면, 단결정 Bi x Te 1-x 나노선 성장을 위해 기존의 선행된 기술과 달리 템플릿 제조나 촉매 제조를 거치는 일반적인 나노선 합성과정을 거치지 않을 뿐만 아니라, 초기물질 또는 이종물질의 개입이나 Bi x Te 1-x 의 액상 혹은 기상으로의 상태변화 없이 결정성이 뛰어난 단결정 Bi x Te 1-x 나노선을 성장시킬 수 있다.As described above, according to the method for producing single crystal nanowires using the tensile stress according to the present invention, unlike the conventional techniques for the growth of single crystal Bi x Te 1-x nanowires, it is a general process that undergoes template preparation or catalyst preparation. In addition to the route synthesis process, single crystal Bi x Te 1-x nanowires with excellent crystallinity can be grown without intervention of initial or heterogeneous materials or changes of state of Bi x Te 1-x into liquid or gas phase. .

또한 본 발명을 통하여 단결정 Bi x Te 1-x 나노선 제조에 국한적이지 않고, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 물질을 이용하여 다양한 물질을 이용한 다양한 조성의 결정성이 뛰어난 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se)나노선을 성장시킬 수 있다.In addition, various compositions using various materials using A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) materials are not limited to the preparation of single crystal Bi x Te 1-x nanowires through the present invention. The single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowires having excellent crystallinity can be grown.

학문적 측면에서, 본 발명은 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se)나노선의 전기 전도도, 열전도도 및 ZT 를 측정하여 새로운 초고효율 에너지 변환 메커니즘을 규명하여 공학적 응용의 기반을 조성할 수 있으며, 초고 변환 효율 열전 소자를 개발하는데 중요한 연구방향을 제시할 수 있다.In academic terms, the present invention is to investigate the electrical conductivity, thermal conductivity and ZT of single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowires to identify a novel ultra-high-efficiency energy conversion mechanism for engineering applications. It is possible to lay the foundation for and to suggest important research directions for developing ultra-high conversion efficiency thermoelectric devices.

기술적인 관점에서, 본 발명은 단결정 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se)나노선 제조 기술 및 나노소자 응용기술을 확보할 수 있으며, 이러한 기술은 기존의 소자 특성을 한 단계 향상시키고, 아직까지 규명되지 않은 저차원 정보소재의 다양한 물리적 성질을 응용한 새로운 소자의 출현을 가능케 한다.From a technical point of view, the present invention can secure a single crystal A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire fabrication technology and nanodevice application technology, and such a technology It is one step further and it is possible to introduce new devices that apply various physical properties of low dimensional information materials which have not been identified yet.

또한, 본 발명에 따른 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se)나노선을 이용한 열전 소자는 초고 효율 열전 효과를 가지는 단결정 단일 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se)나노선을 기반으로 새로운 발전 시스템 개발에 새로운 방법을 제시하는 계기가 될 것이다.In addition, the thermoelectric device using the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire according to the present invention has a single crystal single A x B 1-x (A: Bi) having an ultra-high efficiency thermoelectric effect. , B: Te, Sb, Se) It will be a chance to suggest new ways to develop new power generation system based on nanowire.

경제 산업적 측면에서, 본 발명에 따른 단결정 나노선의 열전효과를 이용한 열전소자를 응용한 시스템 기술은 우주용 발전기, 발열기, 항공용 열조절 장치, 군사용 적외선 탐지기, 미사일 유도용 회로 냉각기, 의료기용 항온조 및 혈액 보관기 등 다양한 분야의 한 차원 높은 발전을 가져다 줄 것이다.In the economic and industrial aspects, the system technology applying the thermoelectric element using the thermoelectric effect of the single crystal nanowire according to the present invention is a space generator, a heat generator, a aviation heat control device, a military infrared detector, a missile guidance circuit cooler, a medical thermostat and It will bring a new level of advancement in various fields such as blood storage.

Claims (8)

산화물층이 상면에 형성된 기판의 제공 단계;Providing a substrate having an oxide layer formed on an upper surface thereof; 상기 산화물층상에 코스퍼터링법으로 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se)(단, x = 0.5∼0.85)박막을 형성하는 단계;Forming a thin film A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) (where x = 0.5 to 0.85) on the oxide layer by a coping method; 10-7 Torr로 유지되는 반응로 내에서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막이 산화물층상에 형성된 기판을 적치한 후, 열처리하는 단계;Depositing a substrate on which an A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is formed on an oxide layer in a reactor maintained at 10 −7 Torr, followed by heat treatment; 열처리 단계 후, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 상온인 20∼25℃에서 냉각시키는 단계;After the heat treatment step, cooling the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film at room temperature of 20-25 ° C .; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.Single crystal thermoelectric nanowire manufacturing method using a tensile stress, characterized in that it comprises a. 청구항 1에 있어서, 상기 열처리하는 단계중, 상기 기판과, 산화물층과, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막은 서로 다른 열팽창계수로 인하여, 부피 팽창이 큰 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막은 부피 팽창이 작은 산화물층에 의해 압축응력이 걸리게 되는 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.The method of claim 1, wherein, during the heat treatment, the substrate, the oxide layer, and the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film have a volume expansion due to different thermal expansion coefficients. A large A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is a single-crystal thermoelectric nanowire manufacturing method using a tensile stress, characterized in that the compressive stress is subjected to a small volume expansion oxide layer. 청구항 1에 있어서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막을 상온에서 냉각시키는 단계중, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 단결정 나노선이 성장되는 동시에 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막은 냉각에 의하여 본래의 위치로 뒤돌아가려는 인장응력이 걸리게 되고, 이 인장응력은 나노선 성장을 위한 열역학적 구동력으로 작용하는 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.The method of claim 1, wherein the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is cooled at room temperature, A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb , Se) While the single crystal nanowires are grown, the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is subjected to tensile stress to return to its original position by cooling. A method of manufacturing single crystal thermoelectric nanowires using tensile stress, which acts as a thermodynamic driving force for growing silver nanowires. 청구항 1에 있어서, 상기 산화물층은 SiO2, Al2O3, BeO, Mg2Al4Si5O18 중 선택된 어느 하나를 사용하여 3000-5000Å 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.The single crystal thermoelectric electrode of claim 1, wherein the oxide layer is formed to have a thickness of 3000 to 5000 μm using any one selected from SiO 2 , Al 2 O 3, BeO, and Mg 2 Al 4 Si 5 O 18 . Nanowire manufacturing method. 청구항 1에 있어서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막의 두께는 10nm∼4㎛인 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.The method of claim 1, wherein the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film has a thickness of 10 nm to 4 μm. 청구항 1에 있어서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 박막의 열처리 온도는 100~1000℃이고, 그 열처리 시간은 1~15시간인 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.The tensile temperature of claim 1, wherein the heat treatment temperature of the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) thin film is 100 to 1000 ° C., and the heat treatment time is 1 to 15 hours. Single crystal thermoelectric nanowire manufacturing method using stress. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선은 50~1000㎚의 직경을 가지며, 전체적으로 단일상인 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.The tensile stress of claim 1 or 3, wherein the A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) nanowire has a diameter of 50 to 1000 nm and is a single phase as a whole. Single crystal thermoelectric nanowire manufacturing method using. 청구항 1에 있어서, A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선을 이용한 소자 제작을 위하여 상기 A x B 1-x (A:Bi, B:Te, Sb, Se) 나노선의 산화물층을 플라즈마 에칭법을 통하여 10~100W, 2~3mTorr, 5~10cm 거리에서 12분간 식각하여 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인장응력을 이용한 단결정 열전 나노선 제조 방법.The method according to claim 1, A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) for manufacturing the device using the nanowires A x B 1-x (A: Bi, B: Te, Sb, Se) a method of manufacturing a single crystal thermoelectric nanowire using a tensile stress characterized in that it further comprises the step of etching the oxide layer of the nanowire by plasma etching method for 10 minutes at a distance of 10 ~ 100W, 2 ~ 3mTorr, 5 ~ 10cm. .
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