| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2016년 봄 (05/18 ~ 05/20, 여수 디오션리조트 ) |
| 권호 | 22권 1호 |
| 발표분야 | G. 나노/박막 재료 분과 |
| 제목 | SrTiO3 결정립계의 Nb 석출 유도를 통한 열전 특성 효과 개선 |
| 초록 | 최근 에너지 수요가 급속히 증가함에 열전 에너지 변환 기술의 연구가 활발히 진행되고 있으나 열전 에너지 변환 기술의 문제점인 낮은 효율을 극복하는 것이 요구되고 있다. 열전소재의 변환 효율은 제벡 계수, 전기 전도도, 열 전도도와 온도에 의해 결정되며, 이들을 함수를 결합한 무차원 열전 성능 지수로 표현할 수 있다. 고온 열전 소재로 산화물 소재가 이용되며 그 중 페로브스카이트 구조의 SrTiO3 (STO) 물질은 큰 열전 성능 지수를 갖는 물질로 알려져 있다. STO 변환 효율 증가를 목적으로 높은 제벡 계수, 높은 전기 전도도, 낮은 열 전도도의 3 요소의 동시적 향상을 위한 STO 도핑 공정에 관한 많은 연구가 진행되었다. 도핑 공정은 불순물 원자의 첨가를 통해 캐리어 농도 증가를 유도하는 공정으로 특히, SrTiO3 반도체에 Nb 원자 도핑으로 n-type 형 STO 반도체를 형성하여 열전 변환에서 전기적 특성이 기존 순수 STO 보다 향상 됨이 보고 되고 있다. 그러나 기존 결과에서는 Nb 도핑된 SrTiO3의 무차원 열전 성능 지수 값은 상당히 높은 값을 기대하지만 최적의 값을 얻지 못하였다. 이는 Nb가 SrTiO3 격자 내에서의 낮은 용해도로 높은 도핑 농도를 형성함이 불가능하기 때문이다. 이에 본 연구는, 열처리 공정으로 Nb가 다결정 SrTiO3 결정립계에서의 석출을 유도하여 보다 높은 Nb 함류량을 형성하여 보다 향상된 열전 특성을 가지는 열전 소재 공정을 연구하였으며, SrTiO3 박막층과 Nb 층을 적층 형태의 샘플 제작을 통해 SrTiO3 결정립계에서의 Nb의 과도핑을 유도하였다. RF 스퍼터링으로 증착한 다결정 SrTiO3 박막은 평균 500nm의 많은 결정립과 결정립계로 형성되어있으며, 급속열처리를 통해 Nb가 결정립계에서의 석출 형태로 존재를 유도하여 특정 온도에서 전기 전도도 및 열 전도도의 영향을 확인하였다. Hall measurement를 통해 300K에서 900K의 온도 변화에 따른 전기 전도도, 전하 농도, hall 이동도 값을 측정하였으며, Nb-SrTiO3 샘플의 열용량, 열확산도, 밀도 값으로 열 전도도를 계산하였다. 제작된 샘플은 Scanning Electron Microscope (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-Ray Diffraction (XRD), Raman, Spectroscopic Ellipsometry (SE) 측정을 통해 물리적*화학적 상태를 확인하였으며, Nb가 석출된 SrTiO3 결정립 내에서의 열전 특성 변화에 어떠한 영향을 미치는지 제시한다. |
| 저자 | 김진서, 서형탁 |
| 소속 | 아주대 |
| 키워드 | 열전 소재; 석출; 무차원 열전 성능 지수; Nb-SrTiO<SUB>3</SUB> |
