半導(dǎo)體制冷原理

導(dǎo)讀：半導(dǎo)體制冷也稱熱電制冷，是從50年代發(fā)展起來的一門介于制冷技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科，它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對，產(chǎn)生帕爾帖效應(yīng)。本文主要半導(dǎo)體制冷技術(shù)原理，供從事和對半導(dǎo)體制冷技術(shù)有興趣的讀者參考。。。

半導(dǎo)體制冷器是由半導(dǎo)體所組成的一種冷卻裝置，也叫熱電制冷，其理論基礎(chǔ)帕爾帖效應(yīng)，即通上電源之后，冷端的熱量被移到熱端，導(dǎo)制冷端溫度降低，熱端溫度升高。如圖所示，由X及Y兩種不同的金屬導(dǎo)線所組成的封閉線路。

與傳統(tǒng)的制冷技術(shù)相比，它的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)結(jié)構(gòu)簡單，無噪音、無磨損、無污染、可靠性高;(2)制冷速度快，控制靈活;(3)熱電堆可以任意排布、大小形狀可變.由于上述優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國內(nèi)外都在大力推廣這項技術(shù)。

從半導(dǎo)體制冷的發(fā)展歷史來看，大致經(jīng)歷了三個階段：1、本世紀(jì)初，塞克爾和帕爾帖先后發(fā)現(xiàn)溫差電流現(xiàn)象和溫度反常現(xiàn)象，并進(jìn)行了熱電發(fā)電和熱電制冷的研究.但當(dāng)時由于使用的金屬材料的熱電性能較差，能量轉(zhuǎn)換的效率很低，熱電效應(yīng)沒有得到實(shí)質(zhì)應(yīng)用;2、年代初期，主要是通過半導(dǎo)體材料的廣泛應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料具有良好的熱電性能，并使熱電效應(yīng)的效率大大提高，從而使熱電發(fā)電和熱電制冷進(jìn)入工程實(shí)踐;3、80年代以后，主要是努力提高半導(dǎo)體的熱電制冷的性能，進(jìn)一步開發(fā)熱電制冷的應(yīng)用領(lǐng)域。

下圖是一個制冷器的典型結(jié)構(gòu), 由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆粒互相排列而成，而NP之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其它金屬導(dǎo)體，最后由兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好，看起來像三明治。

半導(dǎo)體制冷的工作原理是基于帕爾帖效應(yīng)。如下圖所示，半導(dǎo)體熱電偶由N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體組成。N型半導(dǎo)體有多余的電子，有負(fù)溫差電勢。P型半導(dǎo)體電子不足，有正溫差電勢;當(dāng)電子從P型穿過結(jié)點(diǎn)至N型時，結(jié)點(diǎn)的溫度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點(diǎn)所消耗的能量。相反，當(dāng)電子從N型流至P型材料時，結(jié)點(diǎn)的溫度就會升高。

直接接觸的熱電偶電路在實(shí)際應(yīng)用中不可用，所以用下圖的連接方法來代替，實(shí)驗證明，在溫差電路中引入第三種材料(銅連接片和導(dǎo)線)不會改變電路的特性。這樣，半導(dǎo)體元件可以用各種不同的連接方法來滿足使用者的要求，把一個P型半導(dǎo)體元件和一個N型半導(dǎo)體元件聯(lián)結(jié)成一對熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會產(chǎn)生溫差和熱量的轉(zhuǎn)移。

通過上面的介紹，相信大家已經(jīng)對半導(dǎo)體制冷原理有了比較清晰的了解，但是要將理論上升到實(shí)踐不是一件簡單的事情，其中涉及到材料科學(xué)等更為多樣化的專業(yè)知識。小編精心選取了兩篇關(guān)于半導(dǎo)體制冷的文章，希望大家多多學(xué)習(xí)，強(qiáng)化對半導(dǎo)體制冷原理的了解。。。

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