半导体制冷原理 ppt课件

半导体制冷原理半导体材料具有热电效应，即在材料中通过电流时，会同步地产生热量（焦耳效应）和产生电压差（享利效应）。

当一个半导体材料的其中一个端子加热时，另一个端子就会产生冷却效果。

这种效应被称为“庞特效应”，成为半导体制冷的核心原理。

当一个电流通过热电堆时，由于庞特效应，电流从P型半导体的冷面流向N型半导体的热面，在冷面产生降温效应，在热面产生升温效应。

这样就实现了从冷却一侧到加热一侧的热量传导。

同时，半导体材料的导热效应也起到了重要的作用，将从冷端吸收的热量快速传导到热端，以保证制冷效果。

半导体材料选择对半导体制冷性能影响很大。

通常情况下，元素稀有、价格高昂的材料具有更好的制冷性能，如铋（Bi）和锗（Ge）等。

同时，半导体材料的制备过程也需要特殊的工艺，以确保材料的纯度和晶体结构，以获得最佳的制冷性能。

半导体制冷技术具有很多优点。

首先，半导体制冷设备结构简单，体积小，适应性强，使得其在小型制冷设备中应用广泛。

其次，半导体制冷设备没有移动部件，无噪音无振动，符合无噪音和低振动的制冷需求。

再次，半导体制冷设备对环境友好，没有任何污染物的排放。

然而，半导体制冷也存在一些挑战和限制。

首先，半导体材料的制冷效果有限，热电转换效率较低。

目前，热电转换效率最高的半导体材料为铋锑合金（Bi-Sb alloy），其热电转换效率仅为15%左右。

其次，半导体制冷设备的功耗相对较高，需要大量的电能输入以达到制冷效果。

此外，半导体制冷设备制备工艺复杂，成本较高。

将来，随着科学技术的发展和新材料的研究，半导体制冷技术有望取得更大突破。

如研发出更高效的半导体材料和提高热电转换效率，进一步降低功耗和成本，使得半导体制冷技术在更广泛的领域中得到应用，为人类创造更舒适的环境。

半导体制冷片工作原理Company Document number ：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT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 摆布才浮现，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路线，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，这就是着名的 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，无非他当时做了错误的推论，并没有领悟到暗地里真正的科学原理。

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，才发现暗地里真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发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。

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罗列而成，而 NP 之间以普通的导体相连接而成一完整路线，通常是铜、铝或者其它金属导体，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。

半导体制冷片工作原理————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：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ＴhｏmaｓSeebaｃk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,同时也是兼职研究这现象的物理学家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发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、ther ｍoeｌectrｉc、thermoelｅctrｉc coolｅr (简称T.Ｅ或T.E.C)、thermoelｅｃｔrｉc module,另外又称为热帮浦(ｈeaｔｐump)。

半导体制冷原理(转)2007-06-01 12:41:53希望用半导体制冷将相机CCD温度降到22度以下.第一部分制冷片的介绍半导体制冷片（TE）也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。

半导体制冷片的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理，以下的图就是一个单片的制冷片，它由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料（碲化铋），这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成半导体制冷片的工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。

吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差电效应。

1、塞贝克效应（SEEBECK EFFECT）一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势：ES=S.△T式中：ES为温差电动势S（?）为温差电动势率（塞贝克系数）△T为接点之间的温差2、珀尔帖效应（PELTIER EFFECT）一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定。

Qл=л.I л=aTc式中：Qπ为放热或吸热功率π为比例系数，称为珀尔帖系数I为工作电流a为温差电动势率Tc为冷接点温度3、汤姆逊效应（THOMSON EFFECT）当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：Qτ=τ.I.△TQτ为放热或吸热功率τ为汤姆逊系数I为工作电流△T为温度梯度以上的理论直到本世纪五十年代，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。

半导体制冷原理图解 - 制冷与空调技术半导体致冷器是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960年左右才消灭，然而其理论基础peltier effect可追溯到19世纪。

这现象最早是在1821年，由一位德国科学家thomas seeback首先发觉，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，同时也是兼职争辩这现象的物理学家jean peltier，才发觉背后真正的缘由，这个现象直到近代随著半导体的进展才有了实际的应用，也就是［致冷器］的创造（留意，这种叫致冷器，还不叫半导体致冷器）。

由很多n型和p型半导体之颗粒相互排列而成，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干一样夹起来，陶瓷片必需绝缘且导热良好，外观由很多n型和p型半导体之颗粒相互排列而成，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，最终由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，陶瓷片必需绝缘且导热良好。

n型半导体。

任何物质都是由原子组成，原子是由原子核和电子组成。

电子以高速度绕原子核转动，受到原子核吸引，由于受到肯定的限制，所以电子只能在有限的轨道上运转，不能任意离开，而各层轨道上的电子具有不同的能量（电子势能）。

离原子核最远轨道上的电子，经常可以脱离原子核吸引，而在原子之间运动，叫导体。

假如电子不能脱离轨道形成自由电子，故不能参与导电，叫绝缘体。

半导体导电力量介于导体与绝缘体之间，叫半导体。

半导体重要的特性是在肯定数量的某种杂质渗入半导体之后，不但能大大加大导电力量，而且可以依据掺入杂质的种类和数量制造出不同性质、不同用途的半导体。

将一种杂质掺入半导体后，会放出自由电子，这种半导体称为n型半导体。

p型半导体，是靠“空穴”来导电。

在外电场作用下“空穴”流淌方向和电子流淌方向相反，即“空穴”由正板流向负极，这是p型半导体原理。

半导体制冷原理是指使用半导体材料来制冷的原理。

这种方法使用半导体材料来把热能转换成电能，从而冷却物体。

半导体制冷技术是一种非常先进的制冷技术，可以替代传统的制冷方法，如气体制冷和液体制冷。

这种技术是通过使用半导体材料中的电子流来实现冷却的。

半导体材料中的电子流可以用于吸收热能，并将其转化为电能，从而使物体冷却。

半导体制冷技术具有很多优点，如较低的能耗，更高的效率，更小的尺寸和更长的使用寿命。

它也可以用在各种不同的应用中，如汽车空调，家用电器，冰箱，空调等。

还可以应用在工业和商业领域，如冷藏储存，医疗设备，电信设备等。

半导体制冷技术还在不断发展和改进中。

研究人员正在研究新的半导体材料和新的技术，以提高效率和减少能耗。

总的来说，半导体制冷是一种先进的制冷技术，具有很多优点，并且在未来可能会取代传统的制冷方法。

半导体制冷的原理半导体制冷技术是一种基于半导体材料电热效应的制冷方法，其原理主要基于品质效应和热耦合效应。

在半导体制冷技术中，电流通过半导体材料时会产生冷热效应，从而实现制冷过程。

首先，我们需要了解几个基本的概念：1. 品质效应（Seebeck效应）：当两个不同材料的两个连接处处于不同的温度时，材料的电子会产生从高温端到低温端的自由扩散，形成了热流。

如果将这两个连接点开路，形成一个闭合回路，并连接一个电压测量仪器，我们会发现，在两个连接点之间会产生一个电势差。

这个现象就是品质效应，也就是我们常说的Seebeck效应。

2. 热耦合效应（Peltier效应）：如果将上述的闭合回路改为外加电压源，当电流从低温端流向高温端时，温度梯度将加强，热流的方向也将发生改变。

这时，内部的电子将吸收外部电流传递过来的热量，从而实现了制冷效果。

这个过程就是热耦合效应，也就是我们说的Peltier效应。

了解了这两个基本概念后，我们可以进一步探讨半导体制冷的原理。

半导体材料通常由两种材料构成：P型半导体和N型半导体。

P型半导体中的杂质主要是三价元素（如硼）；N型半导体中的杂质主要是五价元素（如磷）。

当这两种材料连接时，会形成一个PN结。

在PN结的连接处，会形成一个空间电荷区（也称为耗尽层）。

空间电荷区中的电子从N型半导体流向P型半导体，而杂质离子则从P型半导体流向N型半导体，从而形成了电偶极。

在静止状态下，该电偶极会阻止电子和杂质离子进一步扩散，从而形成了一个平衡状态。

当给PN结施加一个电压时，电子和杂质离子会被电场力推动，从而扩散现象被打破，空间电荷区的宽度和形状也发生了变化。

此时，电子会从N型半导体向P 型半导体移动，杂质离子则相反。

在PN结两侧的半导体材料上，由于电子和杂质离子的重新分布，使得结的一侧较为负电，称为冷侧；另一侧较为正电，称为热侧。

当电流通过PN结时，冷热效应会导致冷热两侧温度差增大，从而实现制冷效果。

半导体制冷工作原理知识。

半导体制冷也叫温差电制冷、热电制冷或电子制冷，是利用半导体的“塞贝克效应”的逆效应一一帕尔贴(Peltier)效应来实现制冷的一门新兴技术。

所谓“帕尔帖效应”，就是在两种不同金属组合的闭合线路中，若通以直流电流，就会使一个接点变冷而另一个接点变热的现象。

这种现象是由法国科学家Jean C.A. Pettier在1834年发现的。

半导体致冷是靠空穴和电子在运动中直接传递能量来实现的。

与蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷相比，它的特点主要表现在以下几个方面：
1)不需要制冷剂，无泄漏，无污染;
2)无机械传动部分，因此工作时无噪音、无磨损、寿命长;
3)冷却速度和制冷温度可以通过改变电流大小任意调节，灵活性高;
4)体积可以做得很小。

例如一个能达到-100℃低温的四级半导体致冷器，其外形尺寸只有一个香烟盒大小。

5)制冷效率与容量大小无关，在制冷量极小时仍能保持较高的制冷效率。

作为一种新兴技术，它在诸多方面又有其难以克服的缺点:
电流过大(通常工作电流可达到5A甚至更高)，耗电量大约是蒸汽压缩式制冷的两倍，发热量大，大容量时制冷效率太低(通常COP<1)对半导体芯片的散热条件要求高半导体致冷器在制造工艺上也不太成熟。

目前，国内外对于便携式制冷的研究，绝大多数仍然集中于如何改善半导体制冷器的工作散热条件(例如使用涡旋换热技术)，以及如何改进半导体芯片的生产工艺等方面。

半导体制冷原理半导体制冷的原理是基于热电效应。

热电效应是指当电流通过两种不同温度的材料界面时，会产生热电效应以及被称为热电效应的电压差。

这种现象可以由热电材料的特殊性质解释。

半导体材料常常用于制冷器件，因为它们具有较高的热电效应和良好的电热性能。

半导体材料是一种在温度差变化下表现出电压差的材料。

它由P型半导体和N型半导体通过PN结结合而成。

当施加电压时，电子从N型区域流动到P型区域，同时空穴从P型区域流动到N型区域。

由于电子和空穴在半导体材料中的运动速度和方向不同，他们会发生碰撞，并在碰撞时转移能量。

这种现象称为输运效应，并在材料中产生热电效应。

半导体制冷的主要原理是通过施加电压来产生热电效应，并利用这种效应来传导热量。

当施加电压时，电子从高温区域向低温区域跃迁，同时空穴从低温区域跃迁到高温区域。

这种现象导致了温度差的形成，使得热量从低温区域流向高温区域。

通过适当选择半导体材料和控制电压，可以实现高效的制冷效果。

半导体制冷具有许多优势和应用。

首先，它是一种小型化和微型化的制冷方法。

半导体制冷器件非常紧凑，可以方便地嵌入到各种微小空间中，例如电子元件、传感器和集成电路。

其次，它具有快速响应的特点。

由于半导体材料的高敏感性，它可以快速响应温度变化，并实现高效的制冷效果。

此外，半导体制冷还具有低振动、无噪音、无污染等优点，适用于对环境要求较高的应用。

半导体制冷在许多领域有广泛的应用。

其中一个主要的应用就是微电子制冷。

随着集成电路的不断发展，其功耗越来越大，导致芯片温度升高。

半导体制冷可以在芯片表面实现精确的局部制冷，提高芯片的散热效果。

此外，半导体制冷还广泛应用于激光器、光电探测器、红外传感器等光电子器件的制冷。

由于这些器件对温度稳定性要求很高，半导体制冷可以提供准确的温度控制，保证器件的性能和寿命。

综上所述，半导体制冷是一种基于热电效应的制冷方法。

它通过施加电压在半导体材料中产生温度差，从而实现高效的热量转移。