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. $Bi_2O_3$와 $TeO_2$를 1M $HNO_3$에 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 $-59{\mu}V/K$에서 $-48{\mu}V/K$로 변하고 전기비저항이 $1m{\Omega}-cm$ 에서 $0.8m{\Omega}-cm$로 감소되었다. 조성이 $Bi_2Te_3$에 근접한 도금막에서 가장 높은 $3.5{\times}10^4W/K^2-m$의 출력인자를 얻을 수 있었다. 다층 overhang 공정을 이용하여, 직경 $100{\mu}m$이며 깊이 $30{\mu}m$ 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 $Bi_2O_3$ and $TeO_2$ into 1M $HNO_3$, 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 $-59{\mu}V/K$ to $-48{\mu}V/K$ and electrical resistivity was lowered from $1m{\Omega}-cm$ to $0.8m{\Omega}-cm$ due to the increase in the electron concentration. Maximum power factor of $3.5{\times}10^{-4}W/K^2-m$ was obtained for the Bi-Te film with the $Bi_2Te_3$ 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.