삼성전자와 존스홉킨스대학교(Johns Hopkins University) 응용물리학연구소가 산학협력을 통해 진행한 ‘차세대 펠티어 냉각 기술’(Nano-engineered Thin-film Thermoelectric Materials Enable Practical Solid-State Refrigeration) 연구 논문이 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다.

네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)은 세계적인 과학 저널 네이처(Nature)의 자매지로 나노기술, 반도체, 생명과학 등 첨단 분야의 혁신적 연구 성과를 게재하는 오픈 액세스 학술지다.

펠티어(Peltier) 냉각은 펠티어 반도체 소자에 전기를 가하면 한쪽 면은 차가워지고 다른 면은 뜨거워지는 효과를 활용한 기술이다. 특히 냉매를 사용하지 않아 친환경·비화학적 차세대 냉각 방식으로 주목받고 있다.

이번 프로젝트에는 삼성전자 삼성리서치 라이프솔루션팀 연구진과 존스홉킨스대 응용물리학연구소 라마 벤카타수브라마니안(Rama Venkatasubramanian) 교수 연구진이 함께 참여했다.

□ 세계 최초 고효율 펠티어 냉장고 실증 성공… 상용화 가능성 제시

연구팀은 세계 최초로 나노 공학 기술을 활용해 ‘고효율 박막 펠티어 반도체 소자’를 새롭게 개발하고 이를 활용한 고효율 펠티어 냉장고를 실증하는 데 성공했다.

새 소자가 적용된 펠티어 냉장고는 기존 증기 압축 방식 냉장고의 냉각 효율을 능가하는 냉매 없는 차세대 냉장고의 상용화 가능성을 제시했다.

한편, 펠티어 냉각은 증기 압축 방식에 비해 빠르고 정확하게 온도 조절이 가능해 냉장고 등 가전제품뿐만 아니라 반도체, 의료기기, 전장, 데이터센터 등 다양한 산업 분야에서 활용이 가능하다.

□ 나노 공정으로 냉각 및 자원 효율성 확보… 친환경 미래 기술 선도

고효율 펠티어 냉각의 상용화를 위해서는 펠티어 반도체 소자의 냉각 효율이 무엇보다 중요하다.

연구팀은 기존과 완전히 다른 반도체 박막 증착 방식의 생산 공정을 도입해 기존 대비 냉각 효율을 약 75% 향상시키고, 소형화·경량화도 동시에 달성했다.

그뿐만 아니라 새롭게 개발된 펠티어 소자는 자원 효율성과 양산성 측면에서도 강점이 증명됐다.

새로운 생산 공정 적용이 되면서 소자 개발에 사용되는 펠티어 소재가 기존 대비 약 1/1000 수준에 불과해 경제성과 친환경성이 획기적으로 개선되는 것을 확인했다.

삼성전자는 앞으로도 미래를 선도할 혁신 기술 연구를 지속할 계획이다.