详细讲解半导体制冷原理(可用于电子电路和芯片散热)VIP免费

详细讲解半导体制冷原理(通俗易懂)时间:2009-09-1920:39来源:www.aquan.cn作者:Aquan一、半导体制冷原理的理论依据：1.Peltiereffect（珀尔帖效应）：当电流通过热电偶时，其中一个结点散发热而另一个结点吸收热,这就是法国物理学家JeanPeltier在1834年发现的珀尔帖效应。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家ThomasSeeback首先发一、半导体制冷原理的理论依据：1.Peltiereffect（珀尔帖效应）：当电流通过热电偶时，其中一个结点散发热而另一个结点吸收热,这就是法国物理学家JeanPeltier在1834年发现的珀尔帖效应。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，并没有领悟到背後真正的科学原理。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JeanPeltier，才发现背後真正的原因，这个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用，也就是[制冷器]的发明(注意，这种叫制冷器，还不叫半导体制冷器)。2．P型半导体和N型半导体半导体材料导带中的电子密度小于在价带中的空穴密度，通过增加受主(acceptor)杂质来形成，例如在硅上掺杂硼，这就是P型半导体材料；而在导带中的电子密度大于在价带中的空穴密度，通过对硅的晶体结构中加入施主杂质(掺杂)——比如砷或磷等来实现，这就是N型半导体材料。二、珀尔帖效应的应用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。于1960左右才出现，然而其理论基础Peltiereffect可追溯到19世纪。如图是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路。通上电源之後，冷端的热量被移到热端，导制冷端温度降低，热端温度升高，这就是著名的Peltiereffect。三、半导体制冷法的原理以及结构：半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型材料有多余的电子，有负温差电势。P型材料电子不足，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。在上面的接头处，电流方向是从N至P，温度下降并且吸热，这就是冷端；而在下面的一个接头处，电流方向是从P至N，温度上升并且放热，因此是热端。因此是半导体制冷片由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N／P之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最後由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如下图所示。四、难点解析1．为什么要使用半导体材料？所谓热电偶就是一对不同元素的金属导体，在实际使用的时候其制冷效率并不高。本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好所谓热电偶就是一对不同元素的金属导体，在实际使用的时候其制冷效率并不高。本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体制冷片件。2．电能是如何“搬运”热量的？不少朋友在看过评测后已经提出了能量守恒解释的论点。而实际上，半导体制冷并没有想象中的简单。这从技术理论的提出到真正的实际应用所用的时间就能看出来。人们常常将电流比喻成水流，电源就像水泵，不断的将低电势的电荷“搬运”至高电位，而产生的电动势驱动电荷定向移动。而能量的形势也是多种多样的，粒子不但具有电势能，同时还具有热能等各...