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电学半导体制冷片工作原理

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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,随着近代的半导体进展才有实际的应用,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 Peltier effect 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 Peltier effect。这现 象最早是在 1821 年,由一位德国科学家 Thomas Seeback 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,同时也是兼职讨论这现象的物理学家 JeaNPeltier,才发现背后真正的原因,这个现象直到近代随着半导体的进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 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler (简称 T.E 或 T.E.C)、thermoelectric module,另外又称为热帮浦 (heat pump)。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 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) 假如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...

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