半導體致冷法原理篇

         半導體致冷器是由半導體所組成的一種冷卻裝置，於1960左右才出現，然而其理論基礎Peltier effect可追溯到19世紀。如圖是由X及Y兩種不同的金屬導線(xiàn)所組成的封閉線(xiàn)路。

    通上電源之後，冷端的熱量被移到熱端，導致冷端溫度降低，熱端溫度升高，這就是著(zhù)名的Peltier effect。這現象最早是在1821年，由一位德國科學(xué)家Thomas Seeback首先發(fā)現，不過(guò)他當時(shí)做了錯誤的推論，并沒(méi)有領(lǐng)悟到背後真正的科學(xué)原理。到了1834年，一位法國表匠，同時(shí)也是兼職研究這現象的物理學(xué)家Jean Peltier，才發(fā)現背後真正的原因，這個(gè)現象直到近代隨著(zhù)半導體的發(fā)展才有了實(shí)際的應用，也就是[致冷器]的發(fā)明(注意，這種叫致冷器，還不叫半導體致冷器)?！　∠旅嫖覀儊?lái)看一下半導體致冷器的結構。

　　由許多N型和P型半導體之顆?；ハ嗯帕卸?，而N P之間以一般的導體相連接而成一完整線(xiàn)路，通常是銅、鋁或其他金屬導體，最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來(lái)，陶瓷片必須絕緣且導熱良好，外觀(guān)如右圖所示，看起來(lái)像三明治(下圖為實(shí)物圖)。

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　　N型半導體，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動(dòng)，受到原子核吸引，因為受到一定的限制，所以電子只能在有限的軌道上運轉，不能任意離開(kāi)，而各層軌道上的電子具有不同的能量(電子勢能)。離原子核最遠軌道上的電子，經(jīng)?？梢悦撾x原子核吸引，而在原子之間運動(dòng)，叫導體。如果電子不能脫離軌道形成自由電子，故不能參加導電，叫絕緣體。半導體導電能力介于導體與絕緣體之間，叫半導體。半導體重要的特性是在一定數量的某種雜質(zhì)滲入半導體之后，不但能大大加大導電能力，而且可以根據摻入雜質(zhì)的種類(lèi)和數量制造出不同性質(zhì)、不同用途的半導體。將一種雜質(zhì)摻入半導體后，會(huì )放出自由電子，這種半導體稱(chēng)為N型半導體。

　　P型半導體，是靠“空穴"來(lái)導電。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"由正板流向負極，這是P型半導體原理。

　　載流子現象：N型半導體中的自由電子，P型半導體中的“空穴"，他們都是參與導電，統稱(chēng)為“載流子"，它是半導體所*，是由于摻入雜質(zhì)的結果。

　　半導體制冷材料：不僅需要N型和P型半導體特性，還要根據摻入的雜質(zhì)改變半導體的溫差電動(dòng)勢率，導電率和導熱率使這種特殊半導體能滿(mǎn)足制冷的材料。目前國內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，采用垂直區熔法提取晶體材料。