半导体制冷片工作原理

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1、WORD文档下载可编辑半导体制冷片工作原理致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用，也就是致冷器的发明。其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。致冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可

2、以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。半导体致冷器的历史致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960左右才出现，然而其理论基础Peltiereffect可追溯到19世纪。下图(1)是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，A点的热量被移到B点，导致A点温度降低，B点温度升高，这就是著名的Peltiereffect。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家ThomasSeeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。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JeaNPe

3、ltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。一、因半导体致冷片薄而轻巧，体积很小，不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱，放置车上，不占空间，并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮，在冬天就可以变成保温箱。图(1)致冷器件的作用原理致冷器的名称相当多，如Peltiercooler、thermoelectric、thermoelectriccooler(简称T.E或T.E.C)、thermoelectricmodule，另外又称为热帮浦(heatpump)

4、。二、致冷器件的结构与原理下图(2)是一个制冷器的典型结构。图(2)致冷器的典型结构专业技术资料整理WORD文档下载可编辑致冷器是由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其它金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如下图(3)所示，看起来像三明治。图(3)致冷器的外观以下详细说明N型和P型半导体的原理:三、N型半导体(1)如果在锗或硅中均匀掺杂五价元素，由于价电子间会互相结合而形成共价键，故每个五价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键，而多

5、出一个电子来，如图(4)所示，这就称为N型半导体。(N表示negative，电子带负电)。图(4)N型半导体(2)由于加入五甲元素后会添加电子，故五价元素又被称为施体原子。(3)加入五价元素而产生之自由电子，在N型半导体里又占大多数，故称为多数载体(majoritycarriers)。由温度的引响所产生之电子─电洞对是少数，所以N型半导体中称电洞为少数载体(minoritycarriers)。四、P型半导体(1)如果在锗或硅中均匀掺杂三价元素，由于价电子间会互相结合而形成共价键，故每个三价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键，而多缺少一

6、个电子，在原子中造成一个空缺来，这个空缺我们称为电洞，如图(5)B所示，加入三价元素之半导体就称为P型半导体。(P表示positive，电洞视为正电荷)。专业技术资料整理WORD文档下载可编辑图(5)P型半导体(2)由于加入三价元素后会造成一个空缺，故三价元素又被称为受体原子。(3)加入三价元素而产生之电洞，在P型半导体中是多数载体。受热使共价键破坏而产生的电子电洞为少数，故P型半导体中称电子为少数载体。(4)通常我们都用正电荷代表电洞。但侍体中的原子不能移动，所以电洞(一个空位)也应该是不能移动的。五、P-N结合(1)当P型半导体或N型半

7、导体被单独使用时，由于其导电力比铜、银等不良，但却比绝缘体的导电力良好，故实际上，就等于一个电阻器一样，如下图(6)所示。图(6)P-N结合(2)但若将数片P或N型半导体加以适当的组合，则会产生各种不同的电气特性，而使半导体零件的功能更多彩多姿。今天我们要先看看把一块P型半导体与N型半导体结合起来的情况。(3)当一块P型半导体与N型半导体结合起来时，如下图所示，由于P型半导体中有很多的电洞，而N型半导体中有许多电子，所以当P-N结合起来时，结合面附近的电子会填入电洞中，P-N结合起来时，如下图(7)(a)所示。图(7)或许你会以为N型半导体

8、中的电子会不断的透过接合面与电洞结合，直到所有的电子或电洞消失为止。事实上，靠近接合面的N型半导体失去了电子后就变成正离子，P型半导体失去了一些电洞后就变成负离子，如上图(7)(