半導(dǎo)體致冷器

原理

　　半導(dǎo)體致冷器是由半導(dǎo)體所組成的一種冷卻裝置，于1960年左右才出現(xiàn)，然而其理論基礎(chǔ)peltier effect可追溯到19世紀(jì)。這現(xiàn)象最早是在1821年，由一位德國(guó)科學(xué)家thomas seeback首先發(fā)現(xiàn)，不過他當(dāng)時(shí)做了錯(cuò)誤的推論，并沒有領(lǐng)悟到背后真正的科學(xué)原理。到了1834年，一位法國(guó)表匠，同時(shí)也是兼職研究這現(xiàn)象的物理學(xué)家jean peltier，才發(fā)現(xiàn)背后真正的原因，這個(gè)現(xiàn)象直到近代隨著半導(dǎo)體的發(fā)展才有了實(shí)際的應(yīng)用，也就是［致冷器］的發(fā)明（注意，這種叫致冷器，還不叫半導(dǎo)體致冷器）。

　　由許多n型和p型半導(dǎo)體之顆粒互相排列而成，而n p之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體，最後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，外觀由許多n型和p型半導(dǎo)體之顆?；ハ嗯帕卸?，而n p之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導(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。

　　n型半導(dǎo)體。任何物質(zhì)都是由原子組成，原子是由原子核和電子組成。電子以高速度繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)，受到原子核吸引，因?yàn)槭艿揭欢ǖ南拗?，所以電子只能在有限的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，不能任意離開，而各層軌道上的電子具有不同的能量（電子勢(shì)能）。離原子核最遠(yuǎn)軌道上的電子，經(jīng)?？梢悦撾x原子核吸引，而在原子之間運(yùn)動(dòng)，叫導(dǎo)體。如果電子不能脫離軌道形成自由電子，故不能參加導(dǎo)電，叫絕緣體。半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，叫半導(dǎo)體。半導(dǎo)體重要的特性是在一定數(shù)量的某種雜質(zhì)滲入半導(dǎo)體之后，不但能大大加大導(dǎo)電能力，而且可以根據(jù)摻入雜質(zhì)的種類和數(shù)量制造出不同性質(zhì)、不同用途的半導(dǎo)體。將一種雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體后，會(huì)放出自由電子，這種半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體。

　　p型半導(dǎo)體，是靠“空穴”來導(dǎo)電。在外電場(chǎng)作用下“空穴”流動(dòng)方向和電子流動(dòng)方向相反，即“空穴”由正板流向負(fù)極，這是p型半導(dǎo)體原理。

　　載流子現(xiàn)象：n型半導(dǎo)體中的自由電子，p型半導(dǎo)體中的“空穴”，他們都是參與導(dǎo)電，統(tǒng)稱為“載流子”，它是半導(dǎo)體所特有，是由于摻入雜質(zhì)的結(jié)果。

　　半導(dǎo)體制冷材料：不僅需要n型和p型半導(dǎo)體特性，還要根據(jù)摻入的雜質(zhì)改變半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)率，導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率使這種特殊半導(dǎo)體能滿足制冷的材料。目前國(guó)內(nèi)常用材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金，其中p型是bi2te3—sb2te3，n型是bi2te3—bi2se3，采用垂直區(qū)熔法提取晶體材料。

在技術(shù)應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)

　　1、不需要任何致冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動(dòng)部件是一種固體器件，工作時(shí)沒有震動(dòng)，噪音，壽命長(zhǎng)，安裝容易。

　　2、半導(dǎo)體致冷器具有兩種功能，既能致冷，又能加熱，致冷效率一般不高，但致熱效率很高，永遠(yuǎn)大于1。因此使用一個(gè)器件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和致冷系統(tǒng)。

　　3、半導(dǎo)體致冷器是電流換能型器件，通過輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測(cè)和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控，程式控制，電腦控制，便於組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　4、半導(dǎo)體致冷器熱慣性非常小，致冷致熱時(shí)間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，致冷器就能達(dá)到最大溫差。

　　5、半導(dǎo)體致冷器的反向使用就是溫差發(fā)電，半導(dǎo)體致冷器一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。

　　6、半導(dǎo)體致冷器的單個(gè)致冷元件對(duì)的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串，并聯(lián)的方法組合成致冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此致冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。

　　7、半導(dǎo)體致冷器的溫差范圍，從正溫90℃到負(fù)溫度130℃都可以實(shí)現(xiàn)。