안녕하세요! 저는 12인치 실리콘 웨이퍼 공급업체로서 열전 특성에 대한 질문을 자주 받습니다. 그럼, 열전 측면에서 무엇이 이 웨이퍼를 그토록 특별하게 만드는지 직접 살펴보겠습니다.
먼저, 열전이란 정확히 무엇입니까? 글쎄, 그것은 온도 차이와 전기 전압 사이의 관계에 관한 것입니다. 재료 전체에 온도 구배가 있으면 전압이 생성될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이 특성은 열을 전기로 바꾸는 열전 발전기와 전기를 사용하여 온도 차이를 만드는 펠티에 냉각기와 같은 다양한 응용 분야에서 매우 유용합니다.
이제 실리콘에 대해 이야기 해 봅시다. 실리콘은 반도체이며 열전 특성은 몇 가지 주요 요소의 영향을 받습니다. 가장 중요한 것 중 하나는 결정 구조입니다. 12인치 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 단결정 실리콘으로 만들어지며, 이는 고도로 규칙적인 원자 배열을 가지고 있습니다. 이 정렬된 구조는 열과 전자가 재료를 통해 이동하는 방식에 영향을 미칩니다.
단결정 실리콘에서 열은 주로 포논이라고 알려진 격자 진동을 통해 전달됩니다. 결정 격자의 규칙적인 원자 배열로 인해 포논이 상대적으로 자유롭게 이동할 수 있습니다. 그러나 전자는 열 전달에도 역할을 합니다. 실리콘에서 전자는 전기뿐만 아니라 열도 전달할 수 있습니다. 전자의 이동은 반도체의 에너지 밴드에 의해 영향을 받습니다. 실리콘에는 원자가대(전자가 원자에 결합되어 있는 곳)와 전도대(전자가 자유롭게 이동할 수 있는 곳) 사이의 에너지 차이인 밴드갭이 있습니다.
재료의 열전 성능은 종종 ZT 값이라고 하는 성능 지수로 측정됩니다. ZT는 ZT = (S²σT)/κ로 계산됩니다. 여기서 S는 제벡 계수, σ는 전기 전도도, T는 절대 온도, κ는 열 전도도입니다.
제벡 계수(S)는 단위 온도 차이당 얼마나 많은 전압이 생성되는지를 측정한 것입니다. 실리콘에서 Seebeck 계수는 도핑 수준에 따라 달라집니다. 도핑은 실리콘에 불순물을 첨가하여 전기적 특성을 변화시키는 과정입니다. 예를 들어 인(공여 불순물)을 추가하면 추가 전자가 있는 n형 실리콘이 생성되고, 붕소(억셉터 불순물)를 추가하면 정공(전자 누락)이 있는 p형 실리콘이 생성됩니다. Seebeck 계수는 재료가 p형인지 n형인지에 따라 양수 또는 음수가 될 수 있습니다.
전기 전도도(σ)는 전자나 정공이 재료를 통해 얼마나 쉽게 이동할 수 있는지와 관련이 있습니다. 실리콘에서는 도핑을 통해 전기 전도성을 크게 높일 수 있습니다. 도핑 수준이 높을수록 전하 캐리어(전자 또는 정공)가 많아져 전도성이 높아집니다. 하지만 절충안이 있습니다. 도핑 수준을 높이면 전하 운반체가 열을 전달할 수 있기 때문에 열전도도도 높아질 수 있습니다.
열전도율(κ)은 재료가 열을 얼마나 잘 전도하는지를 나타내는 척도입니다. 실리콘의 열전도율은 다른 열전 재료에 비해 상대적으로 높습니다. 이는 단결정 격자 내 효율적인 포논 전달 때문입니다. 그러나 열전 응용 분야에서는 전기를 생성하는 데 필요한 재료 전체의 온도 구배를 유지하는 데 도움이 되기 때문에 더 낮은 열 전도성이 필요한 경우가 많습니다.
12인치 실리콘 웨이퍼의 열전 성능을 향상시키기 위해 연구원과 제조업체는 ZT 값을 최적화하는 방법을 끊임없이 찾고 있습니다. 한 가지 접근 방식은 전기 전도성을 너무 많이 희생하지 않고 열 전도성을 줄이는 것입니다. 이는 실리콘에 나노구조나 결함을 도입함으로써 이루어질 수 있습니다. 나노구조는 포논을 산란시켜 열 전달 능력을 감소시키는 동시에 전자 이동에 상대적으로 작은 영향을 미칠 수 있습니다.
또 다른 방법은 다양한 도핑 수준과 재료를 조합하여 사용하는 것입니다. 예를 들어, p형 실리콘 층과 n형 실리콘 층이 교대로 있는 다층 구조를 만들면 열전 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 층은 전자와 열의 흐름을 최적화하여 전체 ZT 값을 향상시키도록 설계할 수 있습니다.
이제 12인치 실리콘 웨이퍼를 다른 크기와 비교해 보겠습니다. 우리는 또한 제공합니다3인치 실리콘 웨이퍼(76.2mm)그리고6인치 실리콘 웨이퍼(150mm ). 웨이퍼의 크기는 열전 특성에 어느 정도 영향을 미칠 수 있습니다. 더 작은 웨이퍼는 표면 대 부피 비율이 다를 수 있으며 이는 표면의 열 전달에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 Seebeck 계수 및 전기 전도도와 같은 실리콘의 기본적인 열전 특성은 주로 웨이퍼 크기보다는 재료의 고유 특성에 의해 결정됩니다.
우리의12인치 실리콘 웨이퍼(300mm)반도체 산업에서 다양한 용도로 널리 사용됩니다. 열전 응용 분야에서는 크기가 크므로 더 큰 규모의 열전 장치를 제작할 수 있습니다. 이는 산업 공정의 폐열 회수 시스템과 같이 높은 전력 출력이 필요한 응용 분야에 유용할 수 있습니다.
열전 특성 외에도 12인치 실리콘 웨이퍼에는 다른 장점이 있습니다. 이는 장치 제조를 위한 넓은 표면적을 제공하여 생산 효율성을 높일 수 있습니다. 고품질 단결정 구조는 웨이퍼 전반에 걸쳐 일관된 성능을 보장하며, 이는 안정적인 열전 장치를 대량 생산하는 데 중요합니다.
귀하가 열전 응용 분야를 위한 고품질 12인치 실리콘 웨이퍼 시장에 계시다면 우리는 귀하와 대화를 나누고 싶습니다. 새로운 열전 재료를 개발하려는 연구원이든 열전 장치를 생산하는 제조업체이든 당사의 웨이퍼는 귀하의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 귀하의 특정 요구 사항과 귀하의 목표 달성을 어떻게 도울 수 있는지에 대한 논의를 시작하려면 당사에 문의하십시오.
참고자료:
- 로우, DM (Ed.). (2006). 열전 CRC 핸드북. CRC프레스.
- Dresselhaus, MS, Chen, G., Tang, MY, Yang, RG, Lee, H., Wang, DZ, & Ren, ZF (2007). 저차원 열전재료의 새로운 방향. 고급 재료, 19(19), 2437 - 2469.