일본산업뉴스요약

미소(微小) 반도체 소자를 이용해 열을 전기로
와세다대학 등, 5년 후 기술 확립을 목표

와세다대학의 와타나베(渡辺) 교수와 도미타(富田) 차석연구원 팀은 열을 전기로 변환하는 실리콘제 소자를 개발했다. 실리콘제의 미세한 와이어를 기판 위에 나열해 와이어의 양 끝의 온도 차로 전기를 생산한다. 웨어러블 센서 등의 전원으로 응용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 소자의 집적화로 발전 효율을 높여 5년 후 기술 확립을 목표로 하고 있다.

이번 기술 개발은 와세다대학 연구팀과 오사카대학과 시즈오카(靜岡)대학, 산업기술종합연구소와의 공동 연구 성과이다. 이 새로운 소자는 약 300마이크로미터(μm) 길이의 기판 위에 폭 65나노미터(nm), 길이 250nm의 실리콘제 와이어를 70줄 나열한 것으로 와이어의 끝에는 집전용 전극을 설치했다.

물질 내부의 온도 차로 전기가 발생하는 ‘제베크 효과(Seebeck effect)’라는 현상을 이용, 와이어의 양 끝에 온도 차가 발생하면 발전하는 시스템이다. 전극의 한쪽 끝은 열을 효과적으로 전달하는 재료 위에 놓아 외부 열을 쉽게 흡수하도록 했고, 다른 한쪽은 기판을 얇게 만들어 열이 쉽게 빠져나갈 수 있도록 해 온도 차를 유지하도록 했다.

양 끝의 온도 차를 섭씨5도로 한 실험에서는 1개의 소자로 약 2피코와트(pW) 발전했다. 와이어를 집적화한다면 1cm길이의 소자로 10마이크로와트(μW) 이상의 전기를 생산할 수 있을 전망이다. 현재는 약 20마이크로볼트(μW)의 전압밖에는 발생하지 않지만 복수의 소자를 중첩해 100밀리볼트(mV)까지 높일 계획이다.

기존의 소자는 충격 등으로 부서지기 쉬워 실용화될 수 없었다. 실리콘제 신소재는 반도체 제조 기술로 양산하기도 쉽다.

 -- 끝 --