전기도금 공정으로 제조한 Bi-Te 박막의 열전특성 및 미세열전소자 형성용 포토레지스트 공정

Thermoelectric Characteristics of the Electroplated Bi-Te Films and Photoresist Process for Fabrication of Micro Thermoelectric Devices

미세열전박막소자에 적용을 하기 위해 전기도금으로 형성한 Bi-Te 박막의 열전특성과 포토레지스트 공정에 대하여 연구하였다. Bi₂O₃와 TeO₂를 1M HNO₃에 용해시킨 20 mM 농도의 Bi-Te 도금 용액을 사용하여 박막을 도금 후, 용액내 Te/(Bi+Te)비에 따른 Bi-Te 박막의 열전특성을 분석하였다. Te/(Bi+Te)비가 0.5에서 0.65로 증가함에 따라 Bi-Te 도금막의 전자농도의 증가로 Seebeck 계수가 -59μV/K에서 -48μV/K로 변하고 전기비저항이 1mΩ-cm 에서 0.8mΩ-cm로 감소되었다. 조성이 Bi₂Te₃에 근접한 도금막에서 가장 높은 3.5×10⁻⁴W/K²-m의 출력인자를 얻을 수 있었다. 다층 overhang 공정을 이용하여, 직경 100μm이며 깊이 30μm 형상의 미세열전소자 형성용 포토레지스트 패턴의 형성이 가능하였다.

Thermoelectric properties of the electrodeposited Bi-Te films and photoresist process have been investigated to apply for thermoelectric thin film devices. After plating in Bi-Te solutions of 20 mM concentration, which were prepared by dissolving Bi₂O₃ and TeO₂ into 1M HNO₃, thermoelectric properties of the films were characterized with variation of the Te/(Bi+Te) ratio in a plating solution. With increasing the Te/(Bi+Te) ratio in the plating solution from 0.5 to 0.65, Seebeck coefficient of Bi-Te films changed from -59μV/K to -48μV/K and electrical resistivity was lowered from 1mΩ-cm to 0.8mΩ-cm due to the increase in the electron concentration. Maximum power factor of 3.5×10⁻⁴W/K²-m was obtained for the Bi-Te film with the Bi₂Te₃ stoichiometric composition. Using multilayer overhang process, the photoresist pattern to form thermoelectric legs of 30 m depth and 100m diameter was successfully fabricated fur micro thermoelectric device applications.