半导体制冷
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早在一百多年前，人们就发现了塞贝克效应，即在两种不同导体组成的闭合电路中，当两个结点的温度不同时，导体回路就会产生电动势。
1834年，法国科学家珀尔帖做了一个相反的实验：向两种不同导体组成的环路通以直流电，在连接处出现冷热现象，这种冷热现象称为珀尔帖效应。
它是塞贝克效应的逆效应。
利用这种热电效应可以进行制冷和制热。
但是，由于金属导体的珀尔帖效应很微弱，故一度未能引起人们的重视。
随着科学技术的进步，半导体冶金技术不断提高，人们研制出各种优质半导体材料，并且发现，半导体材料的珀尔帖效应比金属导体强得多，于是，半导体制冷技术迅速发展起来。
由于半导体制冷比其它传统制冷有许多优点，所以，很快研制出新型的半导体制冷器，并进入了市场。
一. 半导体制冷（热）的物理原理
半导体制冷（热）是利用固体材料的珀尔帖效应，下面我们分析产生这种效应的基本原理。
不同的固体材料，具有不同的原子能级，因而载流子在不同固体材料中的势能不同。
在外加电场作用下，载流子越过势垒由低势能材料流向高势能材料时，必须吸取热量（能量），在两种材料的连结处出现致冷现象。
反之，当载流子由高势能材流向低势能材料时，会放出热量（能量），在连结处出现致热现象。
研究表明：载流子在半导体中的势能高于在金属导体中的势能，因而从金属材料流向半导体材料时，吸收热量。
反之，放出热量。
图19-1是半导体制冷（热）的Array原里图。
它是由三块金属板1、2、3和一
块N型半导体（电子导体）以及一块P型
半导体（空穴导电）组成的热电偶。
当通
以如图19-1所示的电流时，电子由金属
板1通过结点a 流向N型半导体，电子势
能增大，并从金属板1吸热，使之变冷。
当N型半导体中的电子通过结点d 进入金
属板3时，势能由大变小，于是放出热量
（能量），使金属板3变热。
同理，当电
流由金属板1流向P型半导体时，空穴由
金属板1通过结点b 流入P型半导体，势
能增大，并从金属吸收热量（能量），使
之变冷；随之，空穴通过结点C到达金属
板2时，势能由大变小，放出热量（能量），
使金属板2变热。
因此，当通
以直流电流时，金属板1成为冷端，金属
板2、3成为热端。
显然，如果改变电流
方向，则N型和P型半导体中的载流子的
运行方向也随之改变，冷、热端也反过来，
即原来的制冷器也变成制热器了。
二. 最大制冷量与最大温差
半导体制冷（热）量主要决定于珀尔帖效应产生的珀尔帖热。
但实际过程中，由于电流通过电阻元件（如N型和P型半导体电偶臂）时产生的焦耳热和由于冷热端温差引起的热传导热量会降低制冷（热）效果，必须一并加以考虑。
单位时间珀尔帖热提供的制冷量
其中、分别为P型、N型半导体电偶臂的温差系数。
为正值，
为负值。
I是流过半导体电偶臂的电流，为冷端温度。
单位时间焦耳热提供给冷端的热量：
其中R为半导体电偶臂的总电阻，1/2是考虑到冷热端各承受一半焦耳热。
单位时间从热端传给冷端的热传导热量：
其中K为总导热系数，、分别为热、冷端的温度，
，称为冷热端的温差。
联合上面三个式子，可以求得致冷器的冷端单位时间获得的实际制冷量
利用数字上求极大值的方法，容易求得制冷器的最大制冷量和最大温差。
由。
