半导体制冷原理

来源：电子产品世界时间：2021-12-25 22:19:07

导读：半导体制冷也称热电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生帕尔帖效应。本文主要半导体制冷技术原理，供从事和对半导体制冷技术有兴趣的读者参考。。。

1. 半导体制冷原理—简介

半导体制冷器是由半导体所组成的一种冷却装置，也叫热电制冷，其理论基础帕尔帖效应，即通上电源之后，冷端的热量被移到热端，导制冷端温度降低，热端温度升高。如图所示，由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路。

与传统的制冷技术相比，它的优点在于：(1)结构简单，无噪音、无磨损、无污染、可靠性高;(2)制冷速度快，控制灵活;(3)热电堆可以任意排布、大小形状可变.由于上述优点，现在国内外都在大力推广这项技术。

从半导体制冷的发展历史来看，大致经历了三个阶段：1、本世纪初，塞克尔和帕尔帖先后发现温差电流现象和温度反常现象，并进行了热电发电和热电制冷的研究.但当时由于使用的金属材料的热电性能较差，能量转换的效率很低，热电效应没有得到实质应用;2、年代初期，主要是通过半导体材料的广泛应用，发现半导体材料具有良好的热电性能，并使热电效应的效率大大提高，从而使热电发电和热电制冷进入工程实践;3、80年代以后，主要是努力提高半导体的热电制冷的性能，进一步开发热电制冷的应用领域。

2. 半导体制冷原理—典型结构

下图是一个制冷器的典型结构, 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，看起来像三明治。

3. 半导体制冷原理—工作原理

半导体制冷的工作原理是基于帕尔帖效应。如下图所示，半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型半导体有多余的电子，有负温差电势。P型半导体电子不足，有正温差电势;当电子从P型穿过结点至N型时，结点的温度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型流至P型材料时，结点的温度就会升高。

直接接触的热电偶电路在实际应用中不可用，所以用下图的连接方法来代替，实验证明，在温差电路中引入第三种材料(铜连接片和导线)不会改变电路的特性。这样，半导体元件可以用各种不同的连接方法来满足使用者的要求，把一个P型半导体元件和一个N型半导体元件联结成一对热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。

通过上面的介绍，相信大家已经对半导体制冷原理有了比较清晰的了解，但是要将理论上升到实践不是一件简单的事情，其中涉及到材料科学等更为多样化的专业知识。小编精心选取了两篇关于半导体制冷的文章，希望大家多多学习，强化对半导体制冷原理的了解。。。

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