• Proceedings of the Korea Association of Crystal Growth Conference
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• 1996.06b
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• pp.311-352
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• 1996

Peltier 효과를 이용한 열전소자는 열응담 감도가 좋고 선택적 냉각이 가능하며 무소음, 무진동 및 소형화의 장점으로 각종 전자부품의 국부냉각소자로 응용되고 있다. 또한 최근 냉매의 사용없이 냉각이 가능한 열전재료를 이용한 자동차나 가정용 에어컨 및 냉장고 등의 각종 냉방시스템의 개발도 크게 주목을 받고 있다. 기존의 Bi2Te3계 단결정 열전재료는 성능지수는 우수하나, 기계적 취약성에 기인하여 소자가공시 수율 저하가 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근 단결정에 비해 기계적 강도가 우수한 다결정 열전재료의 제조공정에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 그 일환으로 기계적 합금화법을 이용한 열전재료의 제조공정이 연구되고 있다. 원료금속이 고 에너지 볼-밀 내에서의 연쇄적인 파괴와 압접에 의해 합금분말로 변화되는 기계적 합금화 공정은 상온공정으로 이를 사용하여 다결정 열전재료를 제조시 기존의 다결정 열전재료의 제조공정인 "용해 및 분쇄법'과 비교하여 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 전자냉각소자용 열전재료로서 상온부근에서 성능지수가 가장 우수한 p형 (Bi,Sb)2Te3 및 n형 Bi2(Te,Se)3 합금분말을 기계적 합금화 공정으로 제조하여 분말 특성을 분석하였으며, 가압소결 후 열전특성의 변화거동을 연구하였다. 순도 99.99% 이상인 Bi, Sb, Te, Se granule을 (Bi1-xSbx)2Te3 및 Bi2(Te1-ySey)3 조성에 맞게 칭량하여 불과 분말의 무게비 5:1로 강구와 함께 공구강 vial에 장입 후, Spex mixer/mill을 이용하여 기계적 합금화 하였다. 기계적 합금화 공정으로 제조한 분말에 대한 X-선 회절분석과 시차 열분석으로 합금화 정도를 분석하였다. (Bi1-xSbx)2Te3 및 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말을 10-5 torr의 진공중에서 300℃∼550℃의 온도로 30분간 가압소결하였다. 가압소결체의 파단면에서의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 상온에서 가압소결체의 열전특성을 측정하였다. (Bi1-xSbx)2Te3의 기계적 합금화에 요구되는 공정시간은 Sb2Te3 함량에 따라 증가하여 x=0.5 조성에서는 4 시간 45분, x=0.75 조성에서는 5 시간, x=1 조성에서는 6 시간 45분의 vibro 밀링이 요구되었다. n형 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말의 제조에 요구되는 밀링시간 역시 Bi2Se3 함량 증가에 따라 증가하였으며 Bi2(Te0.95Se0.05)3 합금분말의 제조에는 2시간, Bi2(Te0.9Se0.1)3 및 Bi2(Te0.85Se0.15)3 합금분말의 형성에는 3시간의 bivro 밀링이 요구되었다. 기계적 합금화로 제조한 p형 (Bi0.2Sb0.8)2Te3 및 n형 Bi2(Te0.9Se0.1)3 가압 소결체는 각기 2.9x10-3/K 및 2.1x10-3/K 의 우수한 성능지수를 나타내었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• v.31 no.5
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• pp.1123-1127
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• 2010

We report a simple and quick route for the preparation of high-quality, nearly monodisperse $Bi_2Te_3$, $Sb_2Te_3$, and $Bi_xSb_{2-x}-Te_3$ nanocrystallites. The reactions of bismuth acetate or antimony acetate with Te in oleic acid result in pure phase of $Bi_2Te_3$ or $Sb_2Te_3$ nanoparticles, respectively. Also, ternary $Bi_xSb_{2-x}Te_3$ nanoparticles were successfully synthesized using the same method. The size and morphology of the nanoparticles were controlled by varying the stabilizing agents. The as-prepared nanoparticles are characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscope, and high-resolution transmission electron microscope using an energy dispersive spectroscopy.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.233-233
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• 2012

위상절연체(Bi2Te3)와의 격자상수 불일치 비율이 서로 다른 Si (111)와 Ge (111) 기판을 선택하여 Bi3Te3 박막의 성장 조건을 찾고 이에 따른 특성 분석을 수행하였다. 시료 제작은 초고진공 분위기에서 MBE를 이용하였고, AFM, XRD와 XPS로 각각 구조적 변화, 결정 상태 및 화학적 상태를 분석하였다. 우선 Si 위에 형성된 Bi2Te3의 경우, 초기 박막이 형성된 후, 증착 시간이 증가함에 따라 섬(island)모양의 구조물들이 step edge 부분에 분포되는 모습을 AFM 이미지에서 확인하였다. 형성된 박막의 스텝 단차는 약 1 nm 또는 이 값의 정수 배였고, 이것은 Bi2Te3 unit cell의 quintuple layer (QL) 값과 일치하였다. 또한 측정된 XRD pattern으로 Bi2Te3가 hexagonal 구조의 c-축에 따라 결정성이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. XPS 스펙트럼에서는 Bi 4f가 높은 에너지 방향으로 2.3 eV, Te 3d는 낮은 에너지 방향으로 약 0.7 eV 만큼 구속 에너지의 화학적 이동이 나타남을 알 수 있었다. 이러한 결과는 Si 위에 Bi2Te3 박막이 높은 결정성을 가지고 형성되었다는 것을 의미한다. 또한 Si (111) 기판보다 Bi2Te3 결정과 격자상수 불일치의 비율이 상대적으로 작은 Ge (111)을 기판으로 하여 Bi2Te3 박막을 성장시켜 두 표면에서의 박막 성장의 특성을 비교, 논의할 것이다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 1994.05a
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• pp.42-43
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• 1994

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.143-143
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• 2007

Bi-Te계 화합물은 상온영역($250^{\circ}C$이하)에서 열전특성이 우수하여, 냉각용 및 발전용 열전소자 재료로 사용되고 있다. 앞선 연구에서 MA법에 의한 La이 치환된 Bi-Te 진공가압 소결체의 열전특성이 $Bi_2Te_3$와 비교하여 향상된 값을 나타내었다. 본 연구에서는 Bi와 Te을 각각 0.01wt%, 0.02wt% La으로 미량 치환하여 melting법으로 제조한 분말을 $420^{\circ}C$, 200MPa로 가압 소결하였다. 가압 소결체의 열전특성은 Seebeck계수, 전기전도도. 열전도도를 측정하여 성능지수를 계산하였고 Bi-Te, (Bi-La)-Te, Bi-(Te-La)의 열전특성을 비교 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.199-199
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• 2007

Bi-Te계 화합물은 상온영역 ($250^{\circ}C$ 이하)에서 열전 특성이 우수하여, 냉각용 및 발전용 열전 소자 재료로 사용되고 있다. 앞선 연구에서 La이 치환된 Bi-Te 진공가압 소결체의 열전특성이 $Bi_2Te_3$와 비교하여 향상된 값을 나타내었다. 본 연구에서는 Bi와 Te을 각각 0.01wt% Ce으로 미량 치환하여 기계적 합금화법으로 제조한 분말을 $420^{\circ}C$, 200MPa로 진공가압 소결하였다. 진공가압 소결체의 열전특성은 Seebeck계수, 전기전도도. 열전도도를 측정하여 성능지수를 계산하였고 Bi-Te, (Bi-Ce)-Te, Bi-(Te-Ce)의 열전특성을 비교 분석하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.15 no.3
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• pp.1-8
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• 2008

Effects of annealing process in a reduction ambient on thermoelectric properties of the $(Bi,Sb)_{2}Te_3$ thin films prepared by thermal evaporation have been investigated. With annealing at $300^{\circ}C$ for 2 hrs in a reduction ambient(50% $H_2$+50% Ar), the crystallinity of the $(Bi,Sb)_{2}Te_3$ thin films were substantially improved with remarkable increase in the grain size. Seebeck coefficients of the $(Bi,Sb)_{2}Te_3$ thin films increased from$\sim90{\mu}V/K$ to $\sim180{\mu}V/K$ with annealing in the reduction ambient due to decrease in the hole concentration. Power factors of the $(Bi,Sb)_{2}Te_3$ thin films were remarkably improved for $5\sim16$ times with annealing in the reduction atmosphere. After annealing in the reduction ambient, a $(Bi,Sb)_{2}Te_3$ evaporated film exhibited a maximum power factor of $18.6\times10^{-4}W/K^{2}-m$.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.17 no.2
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• pp.49-54
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• 2010

The n-type $Bi_2(Te,Se)_3$ powders were fabricated by melting/grinding method and were hot-pressed in order to compare thermoelectric properties of the hot-pressed specimens with those of the $Bi_2(Te,Se)_3$ ingot. Effects of mechanical milling treatment of the $Bi_2(Te,Se)_3$ powders on thermoelectric characteristics of a hot-pressed specimen were also examined. The hot-pressed $Bi_2(Te,Se)_3$ exhibited power factors of $27.3{\sim}32.3{\times}10^{-4}W/m-K^2$ which were superior to $24.2{\times}10^{-4}W/m-K^2$ of the ingot. The $Bi_2(Te,Se)_3$, hot-pressed after mechanical milling treatment of the powders, possessed a non-dimensional figure-of-merit of 1.02 at $100^{\circ}C$ and exhibited extrinsic-intrinsic transition at $130^{\circ}C$.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.23 no.6
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• pp.502-507
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• 2010

In order to design nano structured materials with enhanced thermoelectric properties, the alloys in the pseudo-binary $Bi_2Te_3$-PbTe system are investigated for their micro structure properties. For this synthesis, the liquid alloys are cooled by the water quenching method. Micro structure images are obtained by using an electron probe micro analyzer(EPMA). Dendritic and lamellar structures are clearly observed with the variation in the composition ratio between $Bi_2Te_3$ and PbTe. The increase in the $Bi_2Te_3$ composition ratio causes to change of the structure from dendritic to lamellar. The Seebeck coefficient of sample 5, in which the mixture rate of $Bi_2Te_3$ is 83%, is measured as the highest value. In contrast, the others decrease with the increase of the $Bi_2Te_3$ composition ratio. Meanwhile, p-type characteristics are observed in sample 6, at 91%-$Bi_2Te_3$ mixture rate. The power factors of the all samples are calculated with the Seebeck coefficient and resistivity.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.12 no.12
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• pp.911-917
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• 2002

0.5 at% $Na_2$Te-doped ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te and ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ powders were fabricated by mechanical alloying process. 0.5 at% Na$_2$Te-doped ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te powders were charged at one end of mold and ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ powders were charged at the other end of a mold. Then these powders were hot-pressed to form p-type ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ functional gradient materials with the segment ratios (the ratio of ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te to ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ ) of 1:2, 1:1, and 2:1. Power generation characteristics of the ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ were measured. When the temperature difference ΔT at both ends of the specimen was larger than $300^{\circ}C$, the ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ with the segment ratios of 1:2 and 1:1 exhibited larger output power than those of the ($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ and 0.5 at% $Na_2$ Te-doped ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te alloys. The maximum output power of the ($Pb_{0.7}Sn_{0.3}$)Te/($Bi_{0.2}Sb_{0.8}$)$_2$$Te_3$ predicted with the measured Seebeck coefficient and the estimated electrical resistivity was in good agreement with the measured maximum output power.