N형 반도체 전계방출의 열전 냉각 (Thermoelectric Cooling of Field Emission from N-type Semiconductors)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 63권 / 7호 / 831 ~ 836페이지
· 저자명 : 김양경, 정문성

초록

N형 반도체의 전계방출에서 일어나는 에너지 교환을 이론적으로분석하였다. 반도체의 특성인 전자띠 구조를 고려함으로써 물질에 따라다르게 방출되는 전계전자와 입사되는 대체전자의 에너지 분포를 온도와전기장의 함수로 계산하였다. 그 계산에서 필요한 투과계수는 전기장침투를 고려하여 얻어진 에너지 밴드에서 슈뢰딩거 방정식의 해를구함으로써 가능한 정확히 구하였다. 수치적으로 얻어진 에너지 분포를가중치로 하여 전계전자와 대체전자의 평균 에너지를 구하였다. 두 평균에너지 차이로 정의되는 에너지 교환은 PbTe와 Si 반도체에 대하여 모든온도에서 항상 양이었다. 그 양은 매우 큰 전류의 값까지 저항에 의한가열효과보다 컸다. 높은 온도와 약한 전기장에서는 에너지 교환은 수백meV에 해당되는 의미 있는 값이었다. 이것은 전계방출을 마이크로일렉트로닉스의 친환경 냉각에 응용할 수 있음을 의미한다.

영어초록

Energy exchange in the field emission from n-type semiconductors was theoretically investigated. By solving the Poisson equation for the energy band and the Schrodinger equation for the transmission coefficients numerically, we obtained the energy distribution of carriers as a function of the temperature and the field. We used the obtained energy distributions to evaluate the energy-band-dependent integral for the average energies of the field and the replacement electrons at the given temperature and field. The energy exchange,which is given as the difference between the two energies, is positive at all temperatures. The values for n-type PbTe and Si were shown to be up to a few hundreds of meV at high temperatures and weak fields. Even though Joule heating was included, a net cooling of field emission was considerable up to a large current. This implies that field emission can be utilized for an eco-friendly cooling of microelectronic devices.

참고자료

· 없음