KR101662713B1 - Thermal properties measurement sensors for thermoelectric thin film in cross-plane direction - Google Patents

Abstract

본 실시예에 따른 열전박막의 열전특성 측정센서유닛은 바닥면에 배치되는 히터유닛; 상기 히터유닛의 상측에 배치되며, 제 1 패턴이 상부면에 형성되는 제 1 감지센서; 및 상기 제 1 감지센서와 일정 거리 이격 배치되며, 바닥면에는 제 2 패턴이 형성되고, 상부면에는 제 3 패턴이 형성되는 제 2 감지센서;를 포함하며, 상기 제 1 및 2 패턴 사이에 피측정 대상물인 샘플이 상기 제 1 및 2 패턴들과 면 접촉하도록 배치될 수 있다.The thermoelectric property measuring sensor unit of the thermoelectric thin film according to the present embodiment includes a heater unit disposed on the bottom surface; A first sensing sensor disposed above the heater unit and having a first pattern formed on an upper surface thereof; And a second sensing sensor disposed at a predetermined distance from the first sensing sensor and having a second pattern formed on a bottom surface thereof and a third pattern formed on an upper surface thereof, A sample which is an object to be measured may be arranged so as to be in surface contact with the first and second patterns.

Description

열전박막의 수직방향 열전특성 측정센서유닛{Thermal properties measurement sensors for thermoelectric thin film in cross-plane direction}[0001] The present invention relates to a thermoelectric thin film in a cross-

본 발명은 측정센서유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전박막의 열전특성 측정센서유닛에 관한 것이다.
The present invention relates to a measurement sensor unit, and more particularly, to a thermoelectric property measurement sensor unit of a thermoelectric thin film.

열전 재료에서는 온도 구배에 따라 전위차가 발생하는데, 이와 같은 온도 구배에 따른 전위차가 발생하는 효과를 제백효과(Seebeck effect)라고 한다. 이러한 제백효과를 이용하면 에너지 발전이 가능하다. 한편, 펠티에 효과(Peltier effect)는 전위차에 의해 온도 구배가 발생하는 효과로 Seebeck 효과와 정반대 방향의 매커니즘 적용될 수 있다.In the thermoelectric material, a potential difference is generated according to the temperature gradient. The effect of generating the potential difference according to the temperature gradient is called a seebeck effect. The use of such a whitening effect enables energy generation. On the other hand, the Peltier effect can be applied to the opposite direction of the Seebeck effect due to the effect of temperature gradient due to the potential difference.

열전재료를 이용한 발전 효율의 척도로 사용 되는 열전성능지수의 파라메터로 사용 되는 열전특성들은 상기한 제백계수 외에도, 전기전도도, 열전도도 등이 있다. 제백계수는 열전소재에 제백효과가 얼마나 일어나는지의 척도로써 열전 성능 지수의 주요 지표로 사용될 수 있다.The thermoelectric properties used as a parameter of the thermoelectric performance index used as a measure of power generation efficiency using the thermoelectric material include electrical conductivity and thermal conductivity in addition to the above-mentioned whiteness coefficient. The whiteness factor can be used as a key indicator of the thermoelectric performance index as a measure of how much the whitening effect is on the thermoelectric material.

종래에는 상기한 열전특성을 측정하기 위하여, 100 μm 이상의 벌크 형태의 샘플을 대상으로 열전특성을 측정하였으며, 박막형 샘플의 경우에는 수평방향(in-plane direction) 측정만이 가능하다는 한계가 있다.Conventionally, in order to measure the above-mentioned thermoelectric properties, a thermoelectric property is measured on a sample of a bulk shape of 100 μm or more. In the case of a thin film sample, only in-plane direction measurement is possible.

또한 열전도도의 경우 얇은 두께의 샘플의 경우 온도차를 형성하고 측정하는데 기술적인 어려움이 많아 cross-plane 방향의 직접적인 열전특성 평가의 경우 시도되어 오지 않았다.
In the case of thin-walled samples, thermal conductivity has not been attempted in the direct thermoelectric properties evaluation in the cross-plane direction because of the technical difficulties in forming and measuring the temperature difference.

한국등록특허 제10-1408681호(2014.06.11. 등록)Korean Registered Patent No. 10-1408681 (Registered on June 11, 2014)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 박막형 샘플을 관통하는 cross-plane 방향으로 열전특성을 직접 측정할 수 있도록 구조가 설계된 열전박막의 열전특성 측정센서유닛을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a sensor unit for measuring the thermoelectric characteristics of a thermoelectric thin film, which is designed to directly measure a thermoelectric property in a cross-plane direction passing through a thin film sample.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned technical objects and other technical objects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

본 실시예에 따른 열전박막의 열전특성 측정센서유닛은 바닥면에 배치되는 히터유닛; 상기 히터유닛의 상측에 배치되며, 제 1 패턴이 상부면에 형성되는 제 1 감지센서; 및 상기 제 1 감지센서와 일정 거리 이격 배치되며, 바닥면에는 제 2 패턴이 형성되고, 상부면에는 제 3 패턴이 형성되는 제 2 감지센서;를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 패턴 사이에 피측정 대상물인 샘플이 상기 제 1 및 제 2 패턴과 면 접촉하도록 배치될 수 있다.The thermoelectric property measuring sensor unit of the thermoelectric thin film according to the present embodiment includes a heater unit disposed on the bottom surface; A first sensing sensor disposed above the heater unit and having a first pattern formed on an upper surface thereof; And a second sensing sensor disposed at a predetermined distance from the first sensing sensor and having a second pattern formed on a bottom surface thereof and a third pattern formed on an upper surface thereof, A sample which is an object to be measured may be arranged so as to be in surface contact with the first and second patterns.

상기 제 1 패턴은 마이너스 전압 및 전류가 인가되는 제 1 단자; 상기 제 1 단자의 타측에 배치되며 플러스 전압 및 전류가 인가되는 제 2 단자; 상기 제 1 및 제 2 단자를 연결하는 제 1 센싱부; 상기 제 1 및 제 2 단자와 간섭되지 않는 위치에 배치되며, 상기 샘플의 안착 위치를 가이드 하는 제 1 가이드부; 및 상기 제 1 센싱부의 좌우측에 상기 제 1 가이드부와 간섭되지 않는 위치에 배치되는 제 2 가이드부;를 포함할 수 있다.Wherein the first pattern includes a first terminal to which a negative voltage and a current are applied; A second terminal disposed on the other side of the first terminal and to which a positive voltage and a current are applied; A first sensing unit connecting the first and second terminals; A first guide part disposed at a position not to interfere with the first and second terminals and guiding a seating position of the sample; And a second guide unit disposed at a position on the left and right sides of the first sensing unit that is not in interference with the first guide unit.

상기 제 2 패턴은 마이너스 전압 및 전류가 인가되는 제 3 단자; 상기 제 3 단자의 타측에 배치되며 플러스 전압 및 전류가 인가되는 제 4 단자; 상기 제 3 및 제 4 단자를 연결하는 제 2 센싱부; 및 상기 제 1 및 제 2 단자와 간섭되지 않는 위치에 배치되며, 상기 샘플의 안착 위치를 가이드 하는 제 3 가이드부;를 포함하며, 상기 제 3 및 제 4 단자와 제 2 센싱부는 상기 제 1 및 제 2 단자와 제 1 센싱부에 대하여 90도 각도를 가지도록 배치될 수 있다.The second pattern may include a third terminal to which a negative voltage and a current are applied; A fourth terminal disposed on the other side of the third terminal and to which a positive voltage and a current are applied; A second sensing unit connecting the third and fourth terminals; And a third guide part disposed at a position not to interfere with the first and second terminals and guiding a seating position of the sample, wherein the third and fourth terminals and the second sensing part are provided with the first and second terminals, And may be disposed at an angle of 90 degrees with respect to the second terminal and the first sensing unit.

상기 제 3 패턴은 마이너스 전압 및 전류가 인가되는 제 5 단자; 상기 제 5 단자의 타측에 배치되며 플러스 전압 및 전류가 인가되는 제 6 단자; 상기 제 5 및 제 6 단자를 연결하는 제 3 센싱부; 및 상기 제 3 및 제 4 단자와 간섭되지 않는 위치에 배치되며, 상기 제 5 및 제 6 단자와 제 3 센싱부는 상기 제 3 및 제 4 단자와 제 2 센싱부에 대하여 90도 각도를 가지도록 배치될 수 있다.The third pattern may include a fifth terminal to which a negative voltage and a current are applied; A sixth terminal disposed on the other side of the fifth terminal and to which a positive voltage and a current are applied; A third sensing unit for connecting the fifth and sixth terminals; And the fifth and sixth terminals and the third sensing unit are disposed at a position that does not interfere with the third and fourth terminals, and the third and fourth terminals are arranged at an angle of 90 degrees with respect to the third and fourth terminals and the second sensing unit .

상기 제 1 내지 제 3 센싱부는 동일한 패턴 및 크기를 가지도록 형성될 수 있다.The first to third sensing units may have the same pattern and size.

상기 제 2 감지센서는 실리콘 베이스의 하측에 배치된 상기 제 2 패턴의 상부면과 하부면에 산화 실리콘이 배치되고, 실리콘 베이스의 상측에 배치된 상기 제 3 패턴의 상부면과 하부면에 산화 실리콘이 배치될 수 있다.The second sensing sensor may include silicon oxide disposed on the upper surface and the lower surface of the second pattern disposed on the lower side of the silicon base, silicon oxide disposed on the upper surface and the lower surface of the third pattern disposed on the upper side of the silicon base, Can be arranged.

제 1 및 제 2 단자의 양단을 연결하여 제 1 온도를 측정하고, 제 3 및 제 4 단자의 양단을 연결하여 제 2 온도를 측정하고, 제 5 및 제 6 단자를 연결하여 제 3 온도를 측정하며, 제 2 단자와 제 4 단자를 연결하여 전위차를 측정할 수 있다.Measuring a first temperature by connecting both ends of the first and second terminals, measuring a second temperature by connecting both ends of the third and fourth terminals, measuring the third temperature by connecting the fifth and sixth terminals, And the potential difference can be measured by connecting the second terminal and the fourth terminal.

상기 제 1 내지 제 3 패턴은 MEMS 기술이 적용된 센싱 패턴이 백금(Pt) 재질로 형성될 수 있다.
The first through third patterns may be formed of platinum (Pt) as a sensing pattern to which the MEMS technology is applied.

이상과 같은 본 실시예에 따르면, 샘플을 관통하는 수직방향(cross-plane)으로 제백계수 및 열전도도 등의 열전특성을 측정할 수 있기 때문에, 기존의 기술로 시도되지 않았던 수직방향의 열전특성을 측정하는 것이 가능하다.
According to the present embodiment as described above, the thermoelectric characteristics such as the whiteness coefficient and the thermal conductivity can be measured in the cross-plane passing through the sample. Therefore, the thermoelectric characteristics in the vertical direction It is possible to measure.

도 1은 본 실시예에 따른 열전박막의 열전특성 측정센서유닛의 배치 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 실시예에 따른 제 1 패턴을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 실시예에 따른 제 2 패턴을 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 실시예에 따른 제 2 감지센서의 단면을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 실시예에 따른 제 1 및 제 2 감지센서를 이용하여 제 1 내지 제 3 온도를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 제 2 및 제 3 패턴을 이용하여 제 2 및 제 3 온도의 온도차를 측정하는 방법을 도시한 도면,
도 7은 본 실시예에 따른 제 1 및 제 2 감지센서를 이용하여 샘플 상하부의 전위차와 온도차를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면, 그리고,
도 8은 제 1 및 제 2 패턴을 이용하여 샘플 상하부의 전위차와 온도차를 측정하는 방법을 도시한 도면이다. 1 is a schematic view showing the arrangement of a thermoelectric property measuring sensor unit of a thermoelectric thin film according to the present embodiment,
2 schematically shows a first pattern according to this embodiment,
3 schematically shows a second pattern according to this embodiment,
4 is a schematic view showing a cross section of a second sensing sensor according to the present embodiment,
5 is a view schematically showing a method of measuring first to third temperatures using first and second sensing sensors according to the present embodiment,
6 is a view showing a method of measuring the temperature difference between the second and third temperatures using the second and third patterns,
7 is a view schematically showing a method of measuring a potential difference and a temperature difference between upper and lower parts of a sample using first and second sensing sensors according to the present embodiment,
8 is a diagram showing a method of measuring the potential difference and the temperature difference between the upper and lower portions of the sample using the first and second patterns.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The sizes and shapes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience. In addition, terms defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may be changed according to the intention or custom of the user, the operator. The definitions of these terms should be interpreted based on the contents of the present specification and meanings and concepts in accordance with the technical idea of the present invention.

도 1은 본 실시예에 따른 열전박막의 열전특성 측정센서유닛의 배치 상태를 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 본 실시예에 따른 제 1 패턴을 개략적으로 도시한 도면, 도 3은 본 실시예에 따른 제 2 패턴을 개략적으로 도시한 도면, 도 4는 본 실시예에 따른 제 2 감지센서의 단면을 개략적으로 도시한 도면, 도 5는 본 실시예에 따른 제 2 감지센서를 이용하여 제 2 및 제 3 온도의 온도차를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면, 도 6은 제 2 및 제 3 패턴을 이용하여 제 2 및 제 3 온도의 온도차를 측정하는 방법을 도시한 도면, 도 7은 본 실시예에 따른 제 1 및 제 2 감지센서를 이용하여 샘플 상하부의 전위차와 온도차를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 도면, 그리고, 도 8은 제 1 및 제 2 패턴을 이용하여 전압과 온도를 측정하는 방법을 도시한 도면이다. Fig. 1 is a schematic view showing the arrangement state of the thermoelectric property measuring sensor unit of the thermoelectric thin film according to the present embodiment. Fig. 2 is a view schematically showing the first pattern according to the present embodiment. Fig. 3 is a cross- FIG. 4 is a view schematically showing a cross section of a second sensing sensor according to the present embodiment. FIG. 5 is a sectional view schematically showing a second pattern according to a second sensing sensor according to the present embodiment. And FIG. 6 is a view showing a method of measuring the temperature difference between the second and third temperatures using the second and third patterns, FIG. 7 is a view showing a method of measuring the temperature difference between the second and third patterns, FIG. 8 is a view schematically showing a method of measuring a potential difference and a temperature difference between upper and lower portions of a sample using first and second sensing sensors according to an embodiment, and FIG. 8 is a graph illustrating a method of measuring voltage and temperature using first and second patterns As shown in Fig.

도 1은 본 실시예에 따른 열전박막의 열전특성 측정센서유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a thermoelectric property measuring sensor unit of a thermoelectric thin film according to the present embodiment.

도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 제백계수 측정센서유닛은 히터유닛(100), 제 1 감지센서(200) 및 제 2 감지센서(300)를 포함할 수 있다. 제 1 감지센서(200)는 상부면에 제 1 패턴(210)을 구비하고, 제 2 감지센서(300)는 하부면에 상기한 제 2 패턴(310)이 배치되고, 상부면에는 제 3 패턴(320)을 구비할 수 있다.As shown, the whitecoat measurement sensor unit according to the present embodiment may include a heater unit 100, a first sensing sensor 200, and a second sensing sensor 300. The first sensing sensor 200 has a first pattern 210 on the upper surface thereof. The second sensing sensor 300 has the second pattern 310 disposed on the lower surface thereof. (320).

히터유닛(100)은 샘플(S)의 표면 온도 및 전압을 접촉식으로 측정하기 위하여 열원을 샘플(S) 측으로 가하는 역할을 수행할 수 있다. 히터유닛(100)은 샘플(S)의 온도를 변동을 줄이기 위하여, 라디에이션 쉴드 히터를 사용할 수 있다. 제 1 실시예에 따르면, 히터유닛(100)은 미도시된 챔버의 바닥면에 고정될 수 있으며, 상부면 측으로 열을 발산하여 샘플(S)에 열을 부가할 수 있다. 또한, 히터유닛(100)은 대략 1 내지 100 W 출력의 스테이지 히터를 사용하여 시스템에 열량을 제공할 수 있는데, 상기한 바와 같이 라디에이션 쉴드 히터를 사용하면 넓은 영역을 가열하면서도 높은 출력을 만족할 수 있으며, 측정장치와 외부환경의 온도 차이를 섭씨 10도 내외로 맞출 수 있어 라디에이션 효과를 제거할 수 있다.The heater unit 100 may serve to apply a heat source to the sample S side in order to measure the surface temperature and the voltage of the sample S in a contact manner. The heater unit 100 may use a radiation shield heater to reduce variations in the temperature of the sample S. According to the first embodiment, the heater unit 100 can be fixed to the bottom surface of the chamber (not shown), and heat can be applied to the sample S by radiating heat to the upper surface side. In addition, the heater unit 100 can provide heat to the system by using a stage heater of approximately 1 to 100 W of output. As described above, by using the radiation shielding heater, a high output can be satisfied while heating a large area And the temperature difference between the measuring device and the external environment can be adjusted to about 10 degrees Celsius, thereby eliminating the radiating effect.

도 2는 본 실시예에 따른 제 1 패턴(210)의 일 예를 도시한 도면이다.2 is a view showing an example of the first pattern 210 according to the present embodiment.

도시된 바와 같이 제 1 패턴은(210)은 제 1 단자(211), 제 2 단자(212), 제 1 센싱부(213), 제 1 가이드부(214) 및 제 2 가이드부(215)를 포함할 수 있다. As shown in the figure, the first pattern 210 includes a first terminal 211, a second terminal 212, a first sensing portion 213, a first guide portion 214, and a second guide portion 215 .

제 1 단자(211)는 마이너스 전압 및 전류가 인가되는 것으로, 구리와 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 단자(211)는 도시된 바와 같이 대략 직사각형상으로 마련될 수 있다.The first terminal 211 may be formed of a conductive metal such as copper to which a negative voltage and a current are applied. At this time, the first terminal 211 may be provided in a substantially rectangular shape as shown in FIG.

제 2 단자(212)는 플러스 전압 및 전류가 인가되는 것으로, 상기 제 1 단자(211)와 한몸으로 형성될 수 있다. The second terminal 212 may be formed as one body with the first terminal 211 to which a positive voltage and a current are applied.

제 1 센싱부(213)는 일단은 상기 제 1 단자(211)와 연결되고, 타단은 제 2 단자(212)와 연결될 수 있다. 제 1 센싱부(213)는 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 패턴을 형성하며, 일정 넓이를 형성할 수 있다. 이때, 제 1 센싱부(213)를 형성하는 패턴의 폭은 제 1 및 제 2 단자(211)(212)를 연결하는 배선의 폭과 대응되도록 구성될 수 있다. 또한, 제 1 센싱부(213)의 면적은 제 1 및 제 2 단자(211)(212)보다 넓게 형성될 수 있다. 제 1 센싱부(213)의 상부면에는 샘플(S)이 올려 놓여질 수 있으며, 이를 통해 샘플(S)의 온도 및 전압 등을 감지할 수 있다.The first sensing unit 213 may have one end connected to the first terminal 211 and the other end connected to the second terminal 212. The first sensing unit 213 may form a pattern in a zigzag shape as shown in FIG. At this time, the width of the pattern forming the first sensing unit 213 may be configured to correspond to the width of the wiring connecting the first and second terminals 211 and 212. In addition, the area of the first sensing unit 213 may be wider than the first and second terminals 211 and 212. A sample S may be placed on the upper surface of the first sensing unit 213 and the temperature and voltage of the sample S may be sensed through the sample.

제 1 가이드부(214)는 도시된 바와 같이 제 1 패턴(210)의 모서리로부터 제 1 거리(D1)만큼 이격 배치될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제 1 및 제 2 단자(211)(212)에 대하여 대략 45도 각도를 가지도록 형성되어 각각의 모서리마다 총 4개가 배치될 수 있다.The first guide portion 214 may be spaced apart from the edge of the first pattern 210 by a first distance D1 and preferably the first and second terminals 211 and 212, A total of four angles may be provided for each of the corners.

제 2 가이드부(215)는 제 1 센싱부(213)의 좌우측에 상기 제 1 가이드부(214)와 간섭되지 않는 위치에 배치될 수 있다. 이때, 제 2 가이드부(215)는 도시된 바와 같이 제 1 패턴(210)의 일측 변으로부터 제 2 거리(D2) 이격 배치될 수 있는데, 제 1 거리(D1)는 제 2 거리(D2)보다 길게 형성될 수 있다.The second guide unit 215 may be disposed at a position that does not interfere with the first guide unit 214 on the right and left sides of the first sensing unit 213. The second guide portion 215 may be disposed at a second distance D2 from one side of the first pattern 210. The first distance D1 may be greater than the second distance D2 It can be formed long.

상기한 제 1 및 제 2 가이드부(214)(215)는 샘플(S)의 정확한 설치 위치를 가이드 하기 위한 것으로, 이 제 1 및 제 2 가이드부(214)(215)를 통해 샘플(S)은 항상 정확한 위치에 놓여질 수 있다.The first and second guide portions 214 and 215 guide the precise mounting position of the sample S. The sample S is guided through the first and second guide portions 214 and 215, Can always be placed in the correct position.

또한 제 1 패턴(210)은 제 1 패턴의 제 1 및 제 2 가이드부(214)(215)를 제외하고 동일한 형태로 제 3 패턴(320)을 구성할 수 있다. In addition, the first pattern 210 may form the third pattern 320 in the same shape except for the first and second guide portions 214 and 215 of the first pattern.

한편, 상기한 바와 같이 구성된 제 1 패턴(210)은 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 감지센서(200)의 상부면에, 그리고 제 3 패턴(320)은 제 2 감지센서(300)의 상부면에 각각 배치될 수 있다. 1, the first pattern 210 is formed on the upper surface of the first sensing sensor 200 and the third pattern 320 is formed on the upper surface of the second sensing sensor 300, Respectively.

제 2 패턴(310)은 도 3에 도시된 바와 같이 제 3 단자(311), 제 4 단자(312), 제 2 센싱부(313), 제 3 가이드부(315)를 포함할 수 있다. The second pattern 310 may include a third terminal 311, a fourth terminal 312, a second sensing portion 313, and a third guide portion 315 as shown in FIG.

제 3 단자(311)는 마이너스 전압 및 전류가 인가되는 것으로, 백금과 같은 통전성 금속재질로 형성될 수 있다. 이때, 제 3 단자(311)는 도시된 바와 같이 대략 직사각형상으로 마련될 수 있다.The third terminal 311, to which a negative voltage and a current are applied, may be formed of a conductive metal such as platinum. At this time, the third terminal 311 may be provided in a substantially rectangular shape as shown in FIG.

제 4 단자(312)는 플러스 전압 및 전류가 인가되는 것으로, 상기 제 3 단자(311)와 한 몸으로 형성될 수 있다. The fourth terminal 312 may be formed as one body with the third terminal 311 to which a positive voltage and a current are applied.

제 2 센싱부(313)는 일단은 상기 제 3 단자(311)와 연결되고, 타단은 제 4 단자(312)와 연결될 수 있다. 제 2 센싱부(313)는 도시된 바와 같이 지그재그 형상으로 패턴을 형성하며, 일정 넓이를 형성할 수 있다. 이때, 제 2 센싱부(313)를 형성하는 패턴의 폭은 제 3 및 제 4 단자(311)(312)를 연결하는 배선의 폭과 대응되도록 구성될 수 있다. 또한, 제 2 센싱부(313)의 면적은 제 3 및 제 4 단자(311)(312)보다 넓게 형성될 수 있다. 제 2 센싱부(313)의 상면에는 제 2 감지센서(300)의 베이스가 배치될 수 있는데, 이 베이스는 실리콘 재질로 마련될 수 있다. The second sensing unit 313 may have one end connected to the third terminal 311 and the other end connected to the fourth terminal 312. The second sensing unit 313 forms a pattern in a zigzag shape as shown in FIG. The width of the pattern forming the second sensing portion 313 may correspond to the width of the wiring connecting the third and fourth terminals 311 and 312. The area of the second sensing unit 313 may be wider than the area of the third and fourth terminals 311 and 312. The base of the second sensing sensor 300 may be disposed on the upper surface of the second sensing unit 313, and the base may be made of a silicon material.

한편, 제 3 및 제 4 단자(311)(312)와 제 2 센싱부(313)를 포함하는 제 2 패턴(310)은 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2에 도시된 제 1 패턴(210)에 대하여 90도 회전한 상태로 배치될 수 있다. 3, the second pattern 310 including the third and fourth terminals 311 and 312 and the second sensing portion 313 may include a first pattern 210 shown in FIG. ), As shown in Fig.

또한, 제 1 센싱부(213)와 제 2 센싱부(313)은 기본적인 형상은 동일하게 구성되되, 그 크기 및 면적만을 다르게 구성하는 것도 가능하다. 다만, 상기한 바와 같이 배치에 있어서 90도 회전하여 엇갈리게 배치할 수 있다.The first sensing unit 213 and the second sensing unit 313 may have the same basic shape but different sizes and areas. However, as described above, it is possible to arrange them alternately by rotating 90 degrees in the arrangement.

상기한 바와 같이 제 1 및 제 2 패턴(210)(310)을 형성하면, 샘플 상하부의 온도차 및 전위차를 불연속적으로 측정할 수 있다. 즉, 샘플(S)의 하부면에 배치되는 제 1 감지센서(200)는 온도 측정시 샘플(S)과 접촉하는 상부면에 상기한 제 1 패턴(210)이 100 Ω RTD sensor로 작동하여, 0.1 mA의 극미 전류를 상기 제 1 센싱부(213)에 공급하여, 이때 발생하는 저항의 변화를 모니터링 함으로써 온도값을 환산할 수 있다.When the first and second patterns 210 and 310 are formed as described above, the temperature difference and the potential difference between the upper and lower portions of the sample can be discontinuously measured. That is, the first sensing sensor 200 disposed on the lower surface of the sample S operates on the upper surface in contact with the sample S during the temperature measurement, and the first pattern 210 operates as a 100 Ω RTD sensor, A temperature of the first sensing unit 213 may be changed by monitoring the variation of the resistance at this time by supplying a minuscule current of 0.1 mA to the first sensing unit 213.

또한 전압 측정시 온도차에 의해 샘플(S)의 하부표면에 인가되는 전압이 상기 제 1 센싱부(213)에 대전 되어 샘플 하부 표면의 전압을 측정할 수 있다.Also, the voltage applied to the lower surface of the sample S by the temperature difference during the voltage measurement may be charged to the first sensing unit 213 to measure the voltage of the sample lower surface.

한편 샘플(S)의 상부면에 배치되는 제 2 감지센서(300)는 샘플(S)과 접촉하는 하부면에 상기한 제 2 패턴(310)이 배치되고, 상부면에는 제 3 패턴(320)이 배치될 수 있다. The second sensing sensor 300 disposed on the upper surface of the sample S includes the second pattern 310 on the lower surface contacting the sample S and the third pattern 320 on the upper surface. Can be arranged.

제 2 패턴(310)을 이용하여 온도 측정시 샘플과 접촉하는 하부면에 상기한 제 2 패턴(310)이 100 Ω RTD sensor로 작동하여, 0.1 mA의 극미 전류를 상기 제 2 센싱부(313)에 공급하여, 이때 발생하는 저항의 변화를 모니터링함으로써 온도값을 환산할 수 있다.The second pattern 310 is operated as a 100 Ω RTD sensor on the lower surface contacting with the sample during the temperature measurement using the second pattern 310 so that the second sensing unit 313 can output a micro- And the temperature value can be converted by monitoring the change in the resistance generated at this time.

또한 전압 측정시 온도차에 의해 샘플(S)의 상부표면에 인가되는 전압이 상기 제 2 센싱부(313)에 대전 되어 샘플 상부 표면의 전압을 측정할 수 있다.Also, the voltage applied to the upper surface of the sample S by the temperature difference when measuring the voltage may be charged to the second sensing unit 313 to measure the voltage of the sample upper surface.

따라서, 제 1 및 제 2 센싱부(213)(313)에서 측정된 온도 및 전압을 참조하여 샘플(S) 상하부의 온도차(ΔT) 및 전위차(ΔV)를 측정하면 샘플의 수직방향(cross -plane)의 제백계수를 측정할 수 있다.Therefore, by measuring the temperature difference? T and the potential difference? V at the upper and lower portions of the sample S with reference to the temperature and the voltage measured by the first and second sensing units 213 and 313, ) Can be measured.

또한, 제 3 패턴(320)을 이용하면, 온도만을 측정하는 것이 가능하며, 샘플(S)을 관통하는 열유속 측정이 가능하다. 즉, 제 2 감지센서의 상하부 온도차를 측정시 100 Ω RTD sensor로 제 2 및 제 3 패턴(310)(320)이 작동 하며, 0.1 mA의 극미 전류를 제 2 및 제 3 센싱부(313)(323)에 공급하여 발생하는 저항변화를 모니터링 함으로써 온도 값으로 환산할 수 있다. 이때, 열저항 물성을 알고 있는 SiO₂ 및 베이스　재질인　실리콘(Si)의 열저항 물성을 이용하여 상부면의　제 3 패턴(320)과 하부면의 제 2 패턴(310)의 제 3 및 제 2 온도(T3)(T2)를 측정하면 열유속을 환산하는 것이 가능하다. 이때, 환산된 열유속을 이용하여 샘플(S)의 두께 및 면적 등의 형상물성을 대입하면 샘플(S)의 열전도도의 직접적인 측정이 가능하다.In addition, by using the third pattern 320, only the temperature can be measured, and the heat flux passing through the sample S can be measured. That is, when measuring the upper and lower temperature difference of the second sensing sensor, the second and third patterns 310 and 320 are operated with a 100 Ω RTD sensor, and the minute current of 0.1 mA is applied to the second and third sensing units 313 323 to monitor the resistance change and convert it into a temperature value. At this time, the third pattern 320 of the upper surface and the third and second patterns 310 of the second pattern 310 of the lower surface are formed by using the thermal resistance properties of SiO ₂ and silicon (Si) By measuring the temperature T3 (T2), it is possible to convert the heat flux. At this time, if the shape property such as the thickness and the area of the sample S is substituted using the converted heat flux, direct measurement of the thermal conductivity of the sample S is possible.

한편, 도 4에 도시된 제 2 감지센서(300)의 단면도에 따르면, 상기 제 2 및 제 3 패턴(310)(320)은 MEMS 구조로 형성된 센싱 패턴이 백금(Pt) 재질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 백금(Pt) 재질의 제 2 및 제 3 패턴(310)(320)의 상부 및 하부는 산화 실리콘(SiO₂)로 감싸질 수 있으며, 제 2 감지센서(300)의 베이스는 실리콘(Si) 재질로 형성될 수 있다. 4, the second and third patterns 310 and 320 may be formed of a platinum (Pt) material in the sensing pattern formed by the MEMS structure . At this time, upper and lower portions of the second and third patterns 310 and 320 of the platinum material may be surrounded by silicon oxide (SiO ₂ ), and the base of the second sensing sensor 300 may be a silicon Si). ≪ / RTI >

도 ５ 및 도 ６은 본 실시예에 따른 열전박막의 열전특성 측정센서유닛의 제 1 및 제 2 감지센서(20０)(300)를 이용하여 샘플(S) 온도를 측정하는 방법을 도시한 도면이다.5 and 6 are views showing a method of measuring the temperature of the sample S using the first and second sensing sensors 200 and 300 of the thermoelectric property measuring sensor unit of the thermoelectric thin film according to the present embodiment .

도 5에 도시된 바와 같이, 샘플(S)을 중심으로 샘플(S)의 하측에는 제 1 감지센서(20０)가 배치되고 상측에는 제 2 감지센서(300)가 배치되어 샌드위치 형상으로 각각의 센서들(20０)(300)이 배치될 수 있으며, 이를 통해 수직방향(cross-plane direction)으로의 열전도도를 측정할 수 있다.5, the first sensing sensor 200 is disposed on the lower side of the sample S and the second sensing sensor 300 is disposed on the upper side of the sample S, 200, and 300 may be disposed to measure thermal conductivity in a cross-plane direction.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 샘플(S) 상부에 위치한 제 2 감지센서(300)에 해당하는 제 2 및 제 3 센싱부(310)(320)의 제 2 및 제 3 온도(T2)(T3)를 측정하여 이용하는 상기한 방법과 같이, 제 2 감지센서부의 열저항 물성을 이용하여 샘플(S)를 통과하는 열유속을 환산할 수 있고, 샘플(S)의 형상물성을 대입하면 샘플(S)의 열전도도를 직접적으로 측정 가능하다. 6, the second and third temperatures T2 and T2 of the second and third sensing units 310 and 320 corresponding to the second sensing sensor 300 located above the sample S, The heat flux passing through the sample S can be converted by using the thermal resistance property of the second sensing sensor portion and the shape property of the sample S is substituted as in the above method in which the sample S ) Can be directly measured.

또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 샘플(S)의 하부면과 상부면에 각각 배치되는 제 1 및 제 2 패턴(210)(310)을 이용하여 온도차 및 전위차(ΔT) (ΔV)를 측정할 수 있다. 제 1 및 제 2 단자(211)(212)를 연결하여 제 1 온도(T1)를 측정하고, 제 3 및 제 4 단자들(311)(312)을 서로 연결하여 제 2 온도(T2)을 측정할 수 있다. 상기한 제 1 및 제 2 온도(T1)(T2)를 이용하여 샘플 상하부의 온도차(ΔT)를 측정한 후에, 이들을 단락시켜, 제 2 및 제 4 단자(212)(312)를 연결하여 샘플 상하부의 전위차(ΔV)를 측정할 수 있다. 즉, 수직방향(cross-plane) 측정 시 샌드위치 형상으로 한 쌍의 백금 센서 패턴으로 구성된 제 1 및 2 패턴(210)(310)이 상기 샘플(S)을 감싸서 측정하는데, 샘플(S)의 표면 상하부의 온도차를 측정한 후에 전위차를 측정할 수 있다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 온도(T1)(T2)를 먼저 측정한 후에, 이들을 단락시켜, 전위차를(ΔV)을 측정할 수 있다.7 and 8, the first and second patterns 210 and 310, which are disposed on the lower surface and the upper surface of the sample S, respectively, are used to calculate the temperature difference and the potential difference T DELTA V) can be measured. The first temperature T1 is measured by connecting the first and second terminals 211 and 212 and the second temperature T2 is measured by connecting the third and fourth terminals 311 and 312 to each other can do. The temperature difference? T at the upper and lower portions of the sample is measured using the first and second temperatures T1 and T2 and then the temperature difference? T is shorted to connect the second and fourth terminals 212 and 312, The potential difference? V can be measured. That is, first and second patterns 210 and 310 formed by a pair of platinum sensor patterns in a sandwich shape in a cross-plane measurement are measured by wrapping the sample S, The potential difference can be measured after measuring the temperature difference between the upper and lower portions. To this end, the first and second temperatures T1 and T2 may be measured first, and then shorted to measure the potential difference (DELTA V).

이와 같이 백금(Pt)이 온도변화에 대하여 저항변화와의 선형적인 관계를 가지는 원리를 이용하여 박막으로 구성되는 샘플(S) 표면의 온도 변화에 따라 제 1 및 제 2 감지센서(20)(300)의 저항 변화를 모니터링할 경우, 손쉽게 온도를 측정할 수 있으며, 이는 대략 30 내지 40 mK의 온도 분해능을 가질 수 있다.As described above, by using the principle that platinum (Pt) has a linear relationship with the change in resistance with respect to temperature change, the first and second sensing sensors 20 and 300 ), It is possible to easily measure the temperature, which can have a temperature resolution of about 30 to 40 mK.

또한, 전압 측정시에는 캐패시터의 원리를 적용할 수 있다. 즉, Pt 도선 부분과 산화실리콘 패시베이션(SiO₂ passivation) 부분, 제백효과에 따른 샘플(S)에서의 전위 발생에 의해 캐패시터가 형성될 수 있다. 이때, 저항 부분에서의 전압변화를 모니터링하면, 샘플 표면에 인가되는 전압을 측정할 수 있으며, 이는 대략 1 nV의 분해능을 가질 수 있다. 측정 전압의 범위는 박막형으로 증착된 박막의 두께에 의해 조절될 수 있는데, 본 실시예에 따르면, 대략 10 내지 10000 nV 영역에 해당될 수 있다.The principle of the capacitor can be applied to the voltage measurement. That is, a capacitor can be formed by the potential occurrence of the sample (S) in accordance with the Pt wire portion and the silicon oxide passivation (passivation SiO ₂₎ portions, jebaek effect. At this time, by monitoring the voltage change in the resistive portion, the voltage applied to the sample surface can be measured, which can have a resolution of approximately 1 nV. The range of the measured voltage can be controlled by the thickness of the thin film deposited in the form of thin film, which, according to the present embodiment, can range from about 10 to 10000 nV.

이상과 같은 본 실시예에 따르면, 샘플(S)을 관통하는 수직방향(cross-plane)의 제백계수는 물론 수직방향(cross-plane)의 열전도도를 측정할 수 있기 때문에, 기존의 기술로 시도되지 않았던 박막형 샘플의 제백계수 및 열전도도 등의 열전특성을 측정하는 것이 가능하다.According to the present embodiment as described above, it is possible to measure the cross-plane thermal conductivity as well as the cross-plane whitening coefficient passing through the sample S. Therefore, It is possible to measure the thermoelectric properties such as the whiteness coefficient and the thermal conductivity of the thin film sample which has not been measured.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

100; 히터유닛 200; 제 1 감지센서
210; 제 1 패턴 211; 제 1 단자
212; 제 2 단자 213; 제 1 센싱부
214; 제 1 가이드부 215; 제 2 가이드부
300; 제 2 감지센서 310; 제 2 패턴
311; 제 3 단자 312; 제 4 단자
313; 제 2 센싱부 315; 제 3 가이드부
320; 제 3 패턴 321; 제 5 단자
322; 제 6 단자 323; 제 3 센싱부
S; 샘플100; Heater unit 200; The first sensing sensor
210; A first pattern 211; The first terminal
212; A second terminal 213; The first sensing unit
214; A first guide portion 215; The second guide portion
300; A second sensing sensor 310; The second pattern
311; A third terminal 312; The fourth terminal
313; A second sensing unit 315; The third guide portion
320; A third pattern 321; The fifth terminal
322; A sixth terminal 323; The third sensing unit
S; Sample

Claims (10)

바닥면에 배치되는 히터유닛;
상기 히터유닛의 상측에 배치되며, 제 1 패턴이 상부면에 형성되는 제 1 감지센서; 및
상기 제 1 감지센서와 일정 거리 이격 배치되며, 바닥면에는 제 2 패턴이 형성되고, 상부면에는 제 3 패턴이 형성되는 제 2 감지센서;를 포함하며,
상기 제 1 및 제 2 패턴 사이에 피측정 대상물인 샘플이 상기 제 1 및 2 패턴들과 면 접촉하도록 배치되고,
상기 제 1 패턴은,
마이너스 전압 및 전류가 인가되는 제 1 단자;
상기 제 1 단자의 타측에 배치되며 플러스 전압 및 전류가 인가되는 제 2 단자;
상기 제 1 및 제 2 단자를 연결하는 제 1 센싱부;
상기 제 1 및 제 2 단자와 간섭되지 않는 위치에 배치되며, 상기 샘플의 안착 위치를 가이드 하는 제 1 가이드부; 및
상기 제 1 센싱부의 좌우측에 상기 제 1 가이드부와 간섭되지 않는 위치에 배치되는 제 2 가이드부;를 포함하며,
상기 제 2 패턴은,
마이너스 전압 및 전류가 인가되는 제 3 단자;
상기 제 3 단자의 타측에 배치되며 플러스 전압 및 전류가 인가되는 제 4 단자;
상기 제 3 및 제 4 단자를 연결하는 제 2 센싱부; 및
상기 제 1 및 제 2 단자와 간섭되지 않는 위치에 배치되며, 상기 샘플의 안착 위치를 가이드 하는 제 3 가이드부;를 포함하며,
상기 제 3 및 제 4 단자와 제 2 센싱부는 상기 제 1 및 제 2 단자와 제 1 센싱부에 대하여 90도 각도를 가지도록 배치되고,
상기 제 3 패턴은,
마이너스 전압 및 전류가 인가되는 제 5 단자;
상기 제 5 단자의 타측에 배치되며 플러스 전압 및 전류가 인가되는 제 6 단자;
상기 제 5 및 제 6 단자를 연결하는 제 3 센싱부; 및
상기 제 3 및 제 4 단자와 간섭되지 않는 위치에 배치되며,
상기 제 5 및 제 6 단자와 제 3 센싱부는 상기 제 3 및 제 4 단자와 제 2 센싱부에 대하여 90도 각도를 가지도록 배치되고,
상기 제 1 내지 3 센싱부는 동일한 패턴 및 크기를 가지도록 형성되는 열전박막의 열전특성 측정센서유닛.
A heater unit disposed on the bottom surface;
A first sensing sensor disposed above the heater unit and having a first pattern formed on an upper surface thereof; And
A second sensing sensor disposed at a predetermined distance from the first sensing sensor and having a second pattern formed on a bottom surface thereof and a third pattern formed on an upper surface thereof,
A sample being an object to be measured is disposed between the first and second patterns so as to be in surface contact with the first and second patterns,
Wherein the first pattern comprises:
A first terminal to which a negative voltage and a current are applied;
A second terminal disposed on the other side of the first terminal and to which a positive voltage and a current are applied;
A first sensing unit connecting the first and second terminals;
A first guide part disposed at a position not to interfere with the first and second terminals and guiding a seating position of the sample; And
And a second guide portion disposed at left and right sides of the first sensing portion so as not to interfere with the first guide portion,
The second pattern may include a first pattern,
A third terminal to which a negative voltage and a current are applied;
A fourth terminal disposed on the other side of the third terminal and to which a positive voltage and a current are applied;
A second sensing unit connecting the third and fourth terminals; And
And a third guide portion disposed at a position not to interfere with the first and second terminals and guiding a seating position of the sample,
The third and fourth terminals and the second sensing unit are disposed at an angle of 90 degrees with respect to the first and second terminals and the first sensing unit,
In the third pattern,
A fifth terminal to which a negative voltage and a current are applied;
A sixth terminal disposed on the other side of the fifth terminal and to which a positive voltage and a current are applied;
A third sensing unit for connecting the fifth and sixth terminals; And
A second terminal disposed at a position not to interfere with the third and fourth terminals,
The fifth and sixth terminals and the third sensing unit are disposed at an angle of 90 degrees with respect to the third and fourth terminals and the second sensing unit,
Wherein the first to third sensing units are formed to have the same pattern and size.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 감지센서는,
실리콘 베이스의 하측에 배치된 상기 제 2 패턴의 상부면과 하부면에 산화 실리콘이 배치되고,
실리콘 베이스의 상측에 배치된 상기 제 3 패턴의 상부면과 하부면에 산화 실리콘이 배치되는 열전박막의 열전특성 측정센서유닛.
The apparatus of claim 1, wherein the second sensing sensor comprises:
Silicon oxide is disposed on the upper and lower surfaces of the second pattern disposed on the lower side of the silicon base,
Wherein the silicon oxide is disposed on the upper surface and the lower surface of the third pattern disposed on the upper side of the silicon base.
제 1 항에 있어서,
제 3 및 제 4 단자의 양단을 연결하여 제 1 온도를 측정하고,
제 1 및 제 2 단자의 양단을 연결하여 제 2 및 제 3 온도를 측정하고,
제 1 및 제 2 온도를 이용하여 샘플 상하부의 온도차를 측정하는 열전박막의 열전특성 측정센서유닛.
The method according to claim 1,
Connecting both ends of the third and fourth terminals to measure a first temperature,
Connecting both ends of the first and second terminals to measure the second and third temperatures,
And the temperature difference between the upper and lower portions of the sample is measured using the first and second temperatures.
제 1 항에 있어서,
제 2 및 제 4 단자의 양단을 연결하여 샘플 상하부의 전위차를 측정하는 열전박막의 열전특성 측정센서유닛.
The method according to claim 1,
And the opposite ends of the second and fourth terminals are connected to measure the potential difference between the upper and lower parts of the sample.
제 1 항에 있어서,
샘플 상하부간 온도차와 전위차를 이용하여 샘플의 수직방향(cross-plane)의 제벡계수를 직접 측정하고,
상기 제 2 감지센서의 열저항 물성과 샘플의 형상 물성 및 제 2 및 제 3 온도의 온도차를 이용하여 샘플의 수직방향(cross-plane)의 열전도도를 직접 측정하는 열전박막의 열전특성 측정센서유닛
The method according to claim 1,
The cross-plane Seebeck coefficient of the sample is directly measured using the temperature difference and the potential difference between the upper and lower sides of the sample,
A thermoelectric property measurement sensor unit for directly measuring the cross-plane thermal conductivity of the sample using the thermal resistance property of the second sensing sensor, the shape property of the sample, and the temperature difference between the second and third temperatures
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 패턴은,
MEMS 구조로 형성된 센싱 패턴이 백금(Pt) 재질로 형성되는 열전박막의 열전특성 측정센서유닛.

2. The method of claim 1, wherein the first and second patterns
A sensor unit for measuring a thermoelectric characteristic of a thermoelectric thin film formed of a platinum (Pt) material as a sensing pattern formed by a MEMS structure.

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