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半导体制冷片的工作原理是什么

2017年11月12日 10:21 网络整理 作者: 用户评论(0

  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,随着近代的半导体发展才有实际的应用,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。

  一、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。

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  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。

  半导体制冷片的工作原理是什么

  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) 如果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,故每个五价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键,而多出一个电子来,如图(4)所示,这就称为N型半导体。(N表示negative,电子带负电)

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  图(4) N型半导体

  (1) 由于加入五甲元素后会添加电子,故五价元素又被称为施体原子。

  (2) 加入五价元素而产生之自由电子,在N型半导体里又占大多数,故称为多数载体(majority carriers) 。由温度的引响所产生之电子─电洞对是少数,所以N型半导体中称电洞为少数载体(minority carriers) 。

  四、P型半导体

  (1) 如果在锗或硅中均匀掺杂三价元素,由于价电子间会互相结合而形成共价键,故每个三价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键,而多缺少一个电子,在原子中造成一个空缺来,这个空缺我们称为电洞,如图(5)B 所示,加入三价元素之半导体就称为P型半导体。(P表示positive,电洞视为正电荷) 。

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  图(5) P型半导体

  (2) 由于加入三价元素后会造成一个空缺,故三价元素又被称为受体原子

  (3)加入三价元素而产生之电洞,在P型半导体中是多数载体。受热使共价键破坏而产生的电子电洞为少数,故P型半导体中称电子为少数载体。

  (4) 通常我们都用正电荷代表电洞。但侍体中的原子不能移动,所以电洞(一个空位)也应该是不能移动的。

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( 发表人:邓家乐 )

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