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半导体致冷法原理篇

 更新时间:2021-12-29 点击量:1034

         半导体致冷器是由半导体所组成的一种冷却装置,於1960左右才出现,然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。如图是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路。

原理1.png

    通上电源之後,冷端的热量被移到热端,导致冷端温度降低,热端温度升高,这就是著名的Peltier effect。这现象最早是在1821年,由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现,不过他当时做了错误的推论,并没有领悟到背後真正的科学原理。到了1834年,一位法国表匠,同时也是兼职研究这现象的物理学家Jean Peltier,才发现背後真正的原因,这个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用,也就是[致冷器]的发明(注意,这种叫致冷器,还不叫半导体致冷器)。  下面我们来看一下半导体致冷器的结构。

原理2.png

  由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成,而N P之间以一般的导体相连接而成一完整线路,通常是铜、铝或其他金属导体,最後由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来,陶瓷片必须绝缘且导热良好,外观如右图所示,看起来像三明治(下图为实物图)。

原理3.png


正视图

 

原理4.png


侧视图

  

什么是N型和P型半导体呢?感兴趣的朋友可以继续看,不感兴趣的朋友您可以跳过这段直接看下一页“如何选购和安装半导体致冷器"。

  N型半导体,任何物质都是由原子组成,原子是由原子核和电子组成。电子以高速度绕原子核转动,受到原子核吸引,因为受到一定的限制,所以电子只能在有限的轨道上运转,不能任意离开,而各层轨道上的电子具有不同的能量(电子势能)。离原子核最远轨道上的电子,经常可以脱离原子核吸引,而在原子之间运动,叫导体。如果电子不能脱离轨道形成自由电子,故不能参加导电,叫绝缘体。半导体导电能力介于导体与绝缘体之间,叫半导体。半导体重要的特性是在一定数量的某种杂质渗入半导体之后,不但能大大加大导电能力,而且可以根据掺入杂质的种类和数量制造出不同性质、不同用途的半导体。将一种杂质掺入半导体后,会放出自由电子,这种半导体称为N型半导体。

  P型半导体,是靠“空穴"来导电。在外电场作用下“空穴"流动方向和电子流动方向相反,即“空穴"由正板流向负极,这是P型半导体原理。

  载流子现象:N型半导体中的自由电子,P型半导体中的“空穴",他们都是参与导电,统称为“载流子",它是半导体所*,是由于掺入杂质的结果。

  半导体制冷材料:不仅需要N型和P型半导体特性,还要根据掺入的杂质改变半导体的温差电动势率,导电率和导热率使这种特殊半导体能满足制冷的材料。目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金,其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3,N型是Bi2Te3—Bi2Se3,采用垂直区熔法提取晶体材料。


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