半导体制冷的原理

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1、低温制冷装置常用的低温制冷装置有贮液式制冷器、G－M循环制冷器、斯特林循环制冷器、VM制冷器等多种。　　①　贮液式制冷器:将贮存低温液体的容器绝热,使需要冷却的电子元件、器件与这种液体直接或间接地接触。电子元件、器件引入的热量(或本身原有的热量)为液体蒸发所吸收，电子元件、器件即被冷却。这种制冷器可分为整体容器式和液体传输式两类。在整体容器式制冷器中，电子元件、器件直接装在低温液体的贮存容器内。液体传输式制冷系统包括低温液体存放容器、液体传输管路、冷头和必要的控制系统，靠重力或气体压力传输液体（图2）。这种制冷器使用时间不长就需要添加低温液体，应用受到限制。　　②　G-M循环制冷机:由压

2、缩机和膨胀机及其附属装置组成（图3）。压缩机压缩来自膨胀机的低压气体，提供一定压力的纯净工作物质氦气。膨胀机使高压气体在其内部膨胀而致冷。　　　　　　　　　　　　　　　　　低温制冷装置常用的低温制冷装置有贮液式制冷器、G－M循环制冷器、斯特林循环制冷器、VM制冷器等多种。　　①　贮液式制冷器:将贮存低温液体的容器绝热,使需要冷却的电子元件、器件与这种液体直接或间接地接触。电子元件、器件引入的热量(或本身原有的热量)为液体蒸发所吸收，电子元件、器件即被冷却。这种制冷器可分为整体容器式和液体传输式两类。在整体容器式制冷器中，电子元件、器件直接装在低温液体的贮存容器内。液体传输式制冷系统包括低

3、温液体存放容器、液体传输管路、冷头和必要的控制系统，靠重力或气体压力传输液体（图2）。这种制冷器使用时间不长就需要添加低温液体，应用受到限制。　　②　G-M循环制冷机:由压缩机和膨胀机及其附属装置组成（图3）。压缩机压缩来自膨胀机的低压气体，提供一定压力的纯净工作物质氦气。膨胀机使高压气体在其内部膨胀而致冷。　　　　　　　　　　　　　　　　　低温制冷装置常用的低温制冷装置有贮液式制冷器、G－M循环制冷器、斯特林循环制冷器、VM制冷器等多种。　　①　贮液式制冷器:将贮存低温液体的容器绝热,使需要冷却的电子元件、器件与这种液体直接或间接地接触。电子元件、器件引入的热量(或本身原有的热量)为液

4、体蒸发所吸收，电子元件、器件即被冷却。这种制冷器可分为整体容器式和液体传输式两类。在整体容器式制冷器中，电子元件、器件直接装在低温液体的贮存容器内。液体传输式制冷系统包括低温液体存放容器、液体传输管路、冷头和必要的控制系统，靠重力或气体压力传输液体（图2）。这种制冷器使用时间不长就需要添加低温液体，应用受到限制。　　②　G-M循环制冷机:由压缩机和膨胀机及其附属装置组成（图3）。压缩机压缩来自膨胀机的低压气体，提供一定压力的纯净工作物质氦气。膨胀机使高压气体在其内部膨胀而致冷。　　③　斯特林循环制冷机：斯特林循环由二个等容、二个等温组成的闭式循环。它有单级、双级二种。它是冷却电子器件的微

5、型制冷机之一。它效率高、体积小、重量轻、操作简单、使用低温温区和冷量范围大。　　④　VM制冷机：完全或主要靠热能进行工作，可直接由热量产生冷量。凡能使热腔保持足够高的温度和提供足够热的能源都可利用，如电能、化学燃烧能、放射性同位素（如钚238）、太阳能等。这种制冷机是回热式制冷机的变种,又叫热泵制冷机（图4）。有时，只使用很少的电能用于克服活塞与汽缸之间的摩擦力。它振动小、不易损坏、寿命长、重量轻和体积小，适于野外和航空使用，尤其适于在航天技术中应用。　　⑤　热电制冷器：又称半导体制冷器。它利用半导体的帕耳帖效应，即两种不同金属或半导体组成闭合回路时，通以直流电，引起材料两接点一个变冷一

6、个变热的现象，组成多级的半导体PN结热电制冷器，通常用于红外和低温电子技术（图5）。它具有体积小、重量轻等优点。但制冷温度不能达到很低的程度。　　⑥　辐射制冷器：主要是利用一部分宇宙空间的高真空（10-18帕）和星际的有效低温太空接受3～4K的低温源,辐射制冷器(图6)是一种不需要任何热源和机械制冷功的被动式制冷器，其优点是不需要传动部件和冷却剂，且重量轻、工作寿命长。这类制冷器已用于气象卫星冷却电子元件、器件。　　⑦　节流制冷器：利用等焓膨胀的节流效应制冷。它是降温的常用方法，即高压气体通过一个小孔降压而变冷，这个过程在节流阀中完成。这种制冷器有单级和双级二种。气体经不同节流后达到不同

7、的制冷温度。例如，用液氮预冷、氖节流的双组制冷机可达到30K,可与锗掺汞元件配合，用于红外探测器中。节流制冷器是现代最成熟的制冷装置之一，其优点是结构和工艺简单、易于制造、重量轻、体积小、无运动部件、噪声小和使用方便等，缺点是效率较低、工作压力高，对气体纯度要求高,一般杂质不超过0.01％（节流孔视冷量而定,其大小一般为几微米至十几微米，易发生冻结阻塞）。　　⑧　低温温度计：半导体锗温度计在低温下电阻随温度的降低而迅速增加，因而灵敏