神马文学网半导体制冷
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/30 04:24:58
所谓\是指通过半导体器件来实现温度冷却，从而有效控制半导体周围环境温度的技术。传统制冷技术是通过卡诺热机的原理，利用制冷剂的多态循环来实现温度的控制，因卡诺热机结构复杂且需要压缩机等部件，使得传统制冷设备的体积往往非常庞大，一般都是用于大型电器设备上。而半导体制冷相比于传统制冷设备有着体积小，无运动部件，制冷温度精确可控，设备简单等优点。特别是结构简单且体积小这项优点，极适合于将其应用于小型电子设备中，实现对设备关键部件的降温，使关键部件可以工作于最佳的温度状况中。
半导体制冷又称热电制冷，是一项早在20世纪50年代就开始发展起来的技术，其基本原理基于五大热点效应：塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应和傅利叶效应。 目前所讨论的半导体技术一半都是基于珀尔帖效应的。
珀尔帖效应是1834年由法国科学家珀尔帖发现的。他曾经通过实验发现由N、P型材料组成得一对电偶，当通入直流电流后，因电流通入的方向不同，会在电偶结点处产生吸热和放热现象，其原理可解释为：电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它们从高能级向着低能级运动时就会释放出多余的能量，表现出放热；反之当他们从低能级向着高能级运动时，就会从外界吸收能量，表现出吸热制冷的效果。在半导体中，当电流由N结流向P结时，就会产生吸热现象，而当电流从P结流向N结时就会产生放热现象，这种现象就称之为珀尔帖效应。根据此原理所做成的珀尔帖效应热泵，就是利用P型和N型半导体粒子按照一定的规则排列，将它们用金属连接片焊接成一个电偶对，接上直流电源后将电流从N极流向P极的那端作为冷端，用于制冷，而将P极流向N极的一端作为热端，用于放热。本质上，该器件就是一个将热量从一端移动到另一端的能量泵。其原理如图1所示
目前国内较为常用的P型和N型制冷半导体材料为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。图二a和图二b分别为一个常用半导体制冷模块的实物照片。
图二a正视图
图二b侧视图
一般来说半导体制冷器件的体积可以做得很小,相比于传统压缩机的制冷技术，可以更方便地用于对电子电气设备的降温,且制冷器可以做成各种形状的贴片结构,贴附在芯片等关键发热元件的表面,以实现散热降温的效果。其实这一技术在一些特定领域已经有了一些广泛的应用，比如曾经有PC机的超频爱好者，利用这种结构的半导体制冷器，将CPU满负载时的表面温度降到了－3摄氏度，从而使得CPU的工作主频顺利升到了正常水平的50％以上