浅析半导体的热电效应

浅析半导体的热电效应冯启业222007322072003电科一班摘要：把热能转换为电能的所谓热电效应的发现已有一个半世纪的历史，这是与温度梯度的存在有关的现象，其中最重要的是温差电现象。

但是，由于金属的温差电动势很小，只是在用作测量温度的温差电偶方面得到了应用。

半导体出现后，发现它能得到比金属大得多的温差电动势，在热能与电能的转换上，可以有较高的效率，因此，在温差发电、温差致冷方面获得了发展。

由于温度梯度及电流同时存在时引起的一些现象——主要是塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。

关键词：热电效应塞贝克效应珀尔帖效应汤姆逊效应正文：一、塞贝克效应塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。

在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。

塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。

半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。

产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。

例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势。

自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（Seebeck系数为负），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（Seebeck系数为正），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。

可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi 能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势。

半导体器件中的热电特性与热电转换技术随着科技的不断进步和人们对环境保护的重视，热电转换技术作为一种新兴的能源转换方式逐渐受到人们的重视。

热电转换技术利用材料的热电效应实现热能和电能之间的转换，具有高效、可靠、环保等优点，在能源领域具有广泛的应用前景。

而要实现热电转换技术的高效率，热电特性的研究和理解至关重要。

本文将探讨半导体器件中的热电特性与热电转换技术。

首先，我们需要了解半导体材料的热电效应。

热电效应是指材料在温度差异下产生的电压差和电流的现象。

根据材料的导电类型，热电效应可以分为Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。

Seebeck效应指的是当半导体材料的两端温度不同时，会产生电势差使电流通过材料。

Peltier效应则是当电流通过半导体材料时，会在材料的两端产生温度差。

Thomson效应是指电流通过材料时，由于材料内部的温度梯度，会产生温度依赖的电势差。

这些热电效应共同构成了半导体器件中的热电特性。

热电转换技术依赖于材料的热电特性来实现热能和电能的相互转换。

其中，Seebeck效应是热电转换技术中最重要的基础。

通过合理选择材料和设计器件结构，可以实现高效的热电能量转换。

半导体材料具有较高的Seebeck系数，意味着它们更容易将热能转化为电能。

因此，半导体材料成为热电转换器件中的核心材料。

同时，为了提高转换效率，还需要降低材料的电阻和热阻。

通过材料的复合、结构的优化和工艺的改进等方式，可以大幅度提高热电转换器件的效能。

在热电转换技术的应用方面，半导体材料的热电性能对于发电装置的效率和性能起着决定性的作用。

一种常见的热电转换器件是热电发电器。

热电发电器利用温差发电原理，将热能转化为电能。

将热电体与散热体连接，当热电体的一侧受热，另一侧受冷时，会产生电势差，从而产生电流。

通过合理设计热电发电器的结构和优化材料的选择，可以提高发电效率和输出功率，使其在新能源领域具有重要的应用价值。

半导体器件中的热电效应分析热电效应是指当两个不同温度的接触点间存在一种电压差，即热电压，这一现象被称为热电效应。

而半导体器件中的热电效应，则是指在半导体材料中，由于温度差异而产生的电压现象。

在半导体器件中，热电效应主要由Seebeck效应和Peltier效应构成。

Seebeck效应是指当半导体材料的两个接点温度不同时，将产生一个由温度差异引起的电压现象。

而Peltier效应则是指当电流通过半导体材料时，会产生热量的变化。

这种热电效应在半导体器件中具有广泛的应用。

首先，它可以用于能量转换。

通过将热能转化为电能，热电材料可以用来制造热电发电机，从而实现能量的捕获和利用。

其次，热电效应还可以用于温度测量。

通过测量半导体器件两个接点之间的电压差，可以推测出所测物体的温度。

此外，热电效应还被广泛用于冷却和制冷技术。

通过利用Peltier效应，在半导体材料中产生热流的变化，可以实现对物体的冷却或制冷。

这种技术在电子器件中的应用十分重要，能够帮助维持器件的工作温度，提高其性能和寿命。

然而，半导体器件中的热电效应也存在一些挑战和问题。

首先，热电材料的效率问题是一个关键的挑战。

热电效应的效率通常由热电转换效率来衡量，而目前大多数热电材料的效率较低，远远不能满足实际应用需求。

因此，提高热电材料的效率是当前研究的重点之一。

其次，热电效应还受到热电子迁移效应的限制。

由于热电材料中电子的迁移速率有限，导致热电效应的响应时间较长。

为了克服这一问题，需要在热电材料设计和制备过程中充分考虑电子迁移效应的影响。

此外，半导体材料的热稳定性也是一个重要的问题。

由于热电效应的产生需要半导体材料的电子能带结构发生变化，如果材料在高温下发生相变或失去稳定性，将会影响热电效应的产生和稳定性。

为了解决上述问题，研究人员们正在不断探索新的热电材料和热电器件的设计。

一方面，他们通过调节材料的组分和结构，以及通过材料的纳米化处理等手段，提高材料的热电转换效率。

半导体热电特性综合实验报告半导体热电特性综合实验报告引言：热电效应是指材料在温度梯度下产生电势差的现象，是热与电之间的耦合效应。

半导体材料由于其特殊的电子结构和导电机制，具有较高的热电效应，因此在能源转换和热管理领域具有广泛的应用前景。

本实验旨在通过测量和分析半导体材料的热电特性，深入了解其基本原理和性能。

实验一：热电效应测量在本实验中，我们选择了常见的半导体材料硅和锗作为研究对象，通过热电效应测量装置，测量了它们在不同温度梯度下的热电压输出。

实验过程中，我们将样品加热至一定温度，然后通过热电偶将样品的温度差转化为电压信号。

实验结果表明，硅和锗的热电压随温度梯度的增加而增加，且两者的热电压符号相反，符合热电效应的基本规律。

实验二：材料选择与优化在实际应用中，选择合适的半导体材料对于实现高效能源转换至关重要。

本实验通过对不同材料的热电性能测量和分析，评估了它们的热电特性和适用范围。

实验结果显示，不同材料的热电性能存在明显差异，例如锗具有较高的热电效应系数，但导热性能较差；而硅的热电效应系数较低，但具有较好的导热性能。

因此，在实际应用中需要综合考虑材料的热电性能和导热性能，选择合适的材料以达到最佳的能量转换效率。

实验三：热电材料的应用半导体热电材料在能源转换和热管理领域具有广泛的应用前景。

本实验通过设计和制备热电模块，将热电材料应用于实际设备中，探索其在能源转换中的潜力。

实验结果显示，通过合理设计和优化热电模块的结构和参数，可以实现较高的能量转换效率。

热电材料的应用不仅可以将废热转化为电能，提高能源利用效率，还可以用于温度传感器、热电制冷等领域，具有重要的应用价值。

结论：通过本次实验，我们深入了解了半导体材料的热电特性和应用。

热电效应的测量和分析为我们提供了评估材料性能和选择合适材料的依据。

热电材料的应用在能源转换和热管理领域具有重要的意义，可以提高能源利用效率和降低能源消耗。

未来的研究方向包括进一步优化热电材料的性能和结构设计，提高能量转换效率，推动热电技术的发展和应用。

半导体材料的热电性能研究随着能源需求的不断增长和可再生能源的日益重要，寻找高效的能源转换和储存材料成为迫切的需求。

在这个背景下，半导体材料的热电性能研究日趋受到关注。

热电效应是指在温度梯度下，通过半导体材料将热能转化为电能的现象。

这一效应可以用于利用余热发电、太阳能电池等领域。

要研究半导体材料的热电性能，我们需要了解材料的电导率和热导率。

电导率是指材料在电场作用下的载流子运动能力，和电子迁移率有关。

热导率则表示了材料对热能传导的能力。

热电性能的关键在于同时具备高电导率和低热导率的材料。

近年来，有机半导体材料在热电转换领域表现出优异的性能。

有机半导体材料具有良好的导电性和热导率，相较于无机半导体材料，有机半导体材料更易于合成和加工。

这一特点使得有机半导体材料成为热电领域的研究热点。

在有机半导体材料的热电性能研究中，一种重要的特性是材料的带隙。

带隙是指材料在固态中能量量子态分布的能级间隙。

具有较小的带隙的材料通常具有较高的电导率，而较大的带隙则表明更好的热隔热性能。

除了带隙之外，材料的晶格结构也对热电性能有着重大影响。

晶格结构的完整性和稳定性能够减小电子和热子的散射，从而提高电导率和降低热导率。

因此，在研究半导体材料的热电性能时，我们需要对材料的晶格结构进行深入的分析。

此外，控制载流子的输运也是研究半导体材料热电性能的重要方向。

载流子的输运受到材料的缺陷、晶界等因素的影响，通过对这些因素的调控，可以提高材料的电导率和热导率。

为了提高半导体材料的热电性能，研究人员还开展了许多新颖的方法。

例如，合成复合材料。

复合材料通过将两种不同材料相结合，可优化电导率和热导率之间的平衡。

同时，改变材料的形态，例如纳米结构、多层薄膜结构等也是提高热电性能的有效手段。

最后，为了更好地研究半导体材料的热电性能，需要建立具有高精度和高效率的实验和理论方法。

实验手段如热电设备、电导率和热导率测量装置等可以帮助我们获得准确的热电性能数据。

半导体器件中的热电效应与能量转换研究热电效应是指在一些特殊材料或器件中，当材料或器件的两侧存在温度差时，会产生电压差和电流。

这种现象被称为“热电效应”，它的产生是由于材料的电子在温度梯度下发生迁移。

半导体器件也不例外，它们中的热电效应对于能量转换的研究非常重要。

半导体材料具有独特的电子结构，其电子在能带中存在能带间的间隙，被称为禁带。

当半导体材料处于不同温度的环境下时，该材料的电子将在能带中发生迁移，这种现象被称为“热漂移”。

热漂移的过程中发生的热电效应导致了半导体器件的温度依赖性。

半导体器件中的热电效应可以用来实现能量转换。

其中最常见的是热电发电和热电制冷。

在热电发电中，热电效应被利用来将热能转化为电能。

这种技术被广泛应用于一些需要自供电的系统，如航天器、传感器等。

而热电制冷则是利用热电效应将电能转化为冷能，用于制冷和空调系统。

热电效应的研究不仅涉及器件的设计和优化，还包括对材料的研究。

半导体材料的选择对于器件的性能至关重要。

在研究方面，一些具有高效率和稳定性能的半导体材料被广泛关注。

常见的热电材料包括硼化硅、硒化铟、铋锑合金等。

通过对这些材料的研究，科学家可以针对不同的应用需求设计出更高效的热电器件。

此外，热电效应也受到器件结构和工艺的影响。

半导体器件的结构和组件的连接方式对于热电效应的展现和效率起着至关重要的作用。

因此，热电效应的研究也需要考虑器件的设计和制备工艺。

结论总之，半导体器件中的热电效应对能量转换研究具有重要意义。

通过对热电效应的研究，科学家可以设计出更高效的热电器件，在自供电系统、制冷和空调系统等方面发挥重要作用。

然而，需要注意的是热电效应的研究并不仅仅局限于材料，还需要考虑到器件结构和工艺。

只有综合考虑这些因素，才能在半导体器件中充分发挥热电效应的优势，实现更好的能量转换效果。

半导体热电效应制热制冷效果
半导体热电效应是指将半导体材料加热或冷却后，产生的电势差和电
流现象。

这种效应的实现原理是利用P型和N型半导体的热电性能差异使得电子能够以热噪声的方式跃迁导致电势差和电流的产生。

在实际应用中，半导体热电效应主要用于生产制冷和制热设备。

通过
使用半导体热电元件，可以将外界的热能转化为电能或者将电能转化
为冷热效果。

这项技术的热电转化系数（也称作Seebeck系数）高，功率密度比传统冷热源系统高，且无需使用机械系统，清洁无污染，
因此被广泛应用在航空航天、石化、医疗等行业。

在制冷方面，半导体热电制冷的优点是环保、无噪音、小型化、施工
方便等，而缺点是导热性能较差、制冷量较低，一般适用于小型制冷
设备。

在制热方面，半导体热电制热虽然功率密度较传统的加热器低，但是却可以精确地控制温度，使用时不会损害被加热物，因此具有广
阔的应用前景。

实际应用中，常常将半导体热电元件组成阵列，以形
成更为高效的制冷、制热系统。

总之，半导体热电效应是目前制冷、制热领域中的新兴技术，具有环保、无噪音、小型化、施工方便等显著优点。

虽然目前其制冷量、制
热功率密度相对较低，但是其优点仍然让人们对其在现代工业化中的广泛使用抱以极大的期望。

半导体制冷片的原理1.热电效应：热电效应是指在一些材料中，当温度差距存在时，通过该材料的两侧施加电压，会产生一种电压差。

这种效应可以通过两种现象来解释：热电冷却效应和热电发电效应。

2.热电冷却效应：当半导体材料的两侧施加正反电压时，电子从低温一侧移动到高温一侧，使得低温侧冷却，而高温侧加热。

这是因为在半导体材料中，电子在移动过程中会带走一部分热量，实现冷却效果。

3.直流热电模块：热电制冷片通常采用直流热电模块来实现冷却效果。

直流热电模块由一系列的P型和N型半导体片组成，这些片被交叉连接，在两侧分别加上正反电压。

4. Peltier效应：当电流通过热电模块时，P型材料产生热，而N型材料则会吸收热。

这是因为电流通过P型材料时，电子从低能级跃迁到高能级，释放出热量；而电流通过N型材料时，电子从高能级跃迁到低能级，吸收热量。

通过不断的热电转换，实现了对低温侧的冷却和高温侧的加热。

5.热导导率：为了提高制冷效果，热电制冷片通常采用具有高热导率的材料来制作，如硅和碲化铟。

高热导率可以增加热量的传导速度，提高制冷效果。

6.温度差限制：由于热电制冷片的制冷效果主要取决于温差，因此在实际应用中需要控制温差。

通常情况下，热电制冷片的温差较小，一般在几十摄氏度以下。

7.应用领域：热电制冷片具有体积小、重量轻、无污染、无噪音和可靠性高等特点，广泛应用于微型制冷器、电子设备冷却、激光器冷却、红外探测器等领域。

总结起来，半导体制冷片的原理是通过热电效应将电能转化为热能和冷能。

这种效应通过直流热电模块实现，利用Peltier效应将低温侧冷却和高温侧加热。

热电制冷片具有许多优点，正在逐渐应用于更多领域。

半导体热电特性实验报告半导体热电特性实验报告一、实验目的1.掌握半导体热电特性的基本原理和实验方法；2.分析不同类型半导体的热电性能差异；3.通过实验数据比较理论模型，提高对半导体热电特性的理解。

二、实验原理热电效应是指热能与电能之间的相互转换。

在半导体中，热电效应主要表现为Seebeck效应和Peltier效应。

1.Seebeck效应：在存在温度梯度的半导体两端之间会产生电动势，这种现象称为Seebeck效应。

电动势的大小与温度梯度和半导体的类型有关。

2.Peltier效应：当电流通过存在温度梯度的半导体时，热量会从低温端转移到高温端，这种现象称为Peltier效应。

热量转移量与电流和半导体的类型有关。

三、实验步骤1.准备实验器材：半导体材料（如硅、锗等）、加热器、温度传感器、电源、电阻等；2.搭建实验电路：将半导体材料连接成电桥电路，一端加热，另一端测量温度；3.加热与测量：开启加热器，将加热器的温度设为预定值，等待一段时间使半导体两端达到稳定温度；4.测量电动势：记录加热器两端的电动势；5.改变加热器温度，重复步骤3和4；6.数据处理与分析：根据实验数据计算半导体的热电系数、热电优值等。

四、实验结果与分析1.实验数据记录：2.数据处理：根据实验数据计算热电系数与热电优值。

热电系数是电动势与温度差的比值，表示单位温度差所产生的电动势。

热电优值是热电系数的平方与电阻的乘积，表示单位电阻所产生的热流量。

3.结果分析：比较不同类型半导体的热电系数和热电优值，可以发现不同类型半导体的热电性能存在差异。

例如，硅的热电系数为负值，而锗的热电系数为正值。

这说明在相同条件下，锗能将更多的热能转化为电能，而硅则能将更多的电能转化为热能。

此外，对于同一种半导体，随着温度的升高，热电系数和热电优值都会减小。

这可能是因为随着温度的升高，晶格振动加剧，导致载流子迁移率降低和电阻增加。

五、结论通过本次实验，我们深入了解了半导体热电特性的基本原理和实验方法。

半导体热电效应制热制冷效果介绍半导体热电效应是指当半导体材料受热或受冷时，产生的电压差或电流的现象。

这种效应可用于制热和制冷，具有广泛的应用前景。

本文将深入探讨半导体热电效应的原理、制热制冷效果以及相关应用。

原理半导体热电效应基于热电效应的基本原理，即当两个不同温度的导体或半导体材料连接在一起时，由于温度差异，会产生电压差。

这种现象被称为热电效应。

在半导体材料中，热电效应主要由两种机制引起：Seebeck效应和Peltier效应。

Seebeck效应Seebeck效应是指当两个不同温度的导体或半导体材料连接在一起时，由于温度差异，导致电子在两个材料之间产生漂移，从而产生电势差。

这个电势差可以用来驱动电流的流动。

Seebeck系数是衡量材料热电性能的重要参数，它表示单位温度差下产生的电势差。

Peltier效应Peltier效应是指当电流通过两个不同温度的导体或半导体材料之间时，会产生热量的吸收或释放。

当电流流过材料时，由于电子的能量变化，会引起材料的温度变化。

这种现象可以用来实现制冷或制热。

制热效果半导体热电效应可以用于制热。

当电流通过半导体材料时，根据Peltier效应，会产生热量的释放。

这种热量可以用来加热周围的环境。

制热效果取决于材料的热导率、电流大小以及电流通过的时间。

通过控制这些参数，可以实现精确的制热效果。

制热效果的应用非常广泛。

例如，在冷冻设备中，半导体制热器可以用来抵消冷冻过程中产生的热量，从而提高冷冻效率。

此外，在一些特殊的环境中，如航天器中，由于无法使用传统的加热器，半导体制热器可以提供稳定的加热效果。

制冷效果半导体热电效应还可以用于制冷。

当电流通过半导体材料时，根据Peltier效应，会吸收外界的热量。

这种热量吸收可以用来降低周围环境的温度。

制冷效果取决于材料的热导率、电流大小以及电流通过的时间。

通过控制这些参数，可以实现精确的制冷效果。

制冷效果的应用也非常广泛。

例如，在电子设备中，半导体制冷器可以用来降低元器件的温度，提高设备的性能和可靠性。

半导体温差发电原理
半导体温差发电是一种利用温差产生电能的技术，它基于热电
效应，通过半导体材料的热电性质将热能转化为电能。

在这种技术中，温差是至关重要的因素，因为只有在存在温差的情况下，热电
效应才能够发挥作用。

半导体温差发电的原理可以通过以下几个步骤来解释：
1. 热电效应，热电效应是指当两个不同温度的导体连接在一起时，由于温差的存在，会在导体之间产生电压差，这种现象被称为
热电效应。

这是由于导体内部的自由电子在受到温度梯度的作用下，会产生漂移运动，从而形成电流。

2. P-N结，在半导体材料中，P-N结是一种重要的结构，它由
P型半导体和N型半导体组成。

当P型半导体和N型半导体连接在
一起时，会形成一个电势差，这种结构可以用来产生电流。

3. 温差利用，在半导体温差发电装置中，通常会使用P-N结来
利用温差产生的电势差。

当一个P-N结的一侧受热，另一侧被冷却时，由于温差的存在，P-N结将会产生电压差，从而形成电流。

这
样，通过将多个P-N结连接在一起，就可以产生更大的电能输出。

4. 效率和应用，半导体温差发电技术具有高效率、环保、可靠性高等优点，因此在一些特定的场合得到了广泛的应用。

例如，在太空航天领域，半导体温差发电技术可以用来为航天器提供电能；在一些偏远地区，也可以利用温差发电来为电子设备充电。

总的来说，半导体温差发电技术是一种非常有前景的技术，它可以有效地利用温差资源，将热能转化为电能，为人类社会的可持续发展做出贡献。

随着科学技术的不断进步，相信这种技术在未来会有更广泛的应用。

第十讲热电效应半导体的热电效应与金属材料的热电效应一样，主要有： 塞贝克效应（德国物理学家，1821年发现）珀耳贴效应（法国物理学家，1834年发现）汤姆逊效应（英国物理学家，1856年发现）式中 α 为塞贝克系数，单位为V/K ，也称为温差电动势率。

利用塞贝克效应，可制成热电偶，用来测量温度。

只要选用适当的金属材料，可测量到从 -180℃到2800℃范围的温度。

一、塞贝克效应S V Tα=∆1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，这就是热电效应，也称作“塞贝克效应”。

温差电动势的表达式为：托马斯·约翰·塞贝克（1770～1831）图1 塞贝克效应电子浓度 n 随温度的上升按指数规律增大，在半导体中产生了电子的浓度梯度，电子由高温端向低温端扩散，在低温端积累了负电荷，产生了由高温端指向低温端的自建电场。

在自建电场的作用下，电子做漂移运动，电子漂移的方向与扩散方向相反，当漂移和扩散达到动态平衡时，在半导体两端产生一电动势，即温差电动势。

温差电动势的方向：n 型半导体的高温端为“+”，低温端为“-”；而p 型半导体的高温端为“-”，低温端为“+”。

图2 半导体的塞贝克效应以 n 型半导体为例，其结构如图 2 所示， n型半导体的两端与金属以欧姆接触相连接，并保持有温度差△T ，在半导体内部形成温度梯度。

图3 塞贝克效应应用影响塞贝克效应的另一个因素是“声子曳引效应”。

当样品中存在温度梯度时，声子也将从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中与载流子碰撞把能量传递给载流子，从而加速了载流子的扩散运动，即声子曳引作用。

增强了塞贝克效应。

可以用温差电动势的方向来判断半导体的导电类型，如图 3 所示。

n 型半导体和p 型半导体中塞贝克效应的温差电动势率分别为：C F 00n C 33ln 22E E k k n qT q q N α⎛⎫⎛⎫-=-+=-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0F V 0p V 33ln 222k E E k p q T q N α-=+=-1834年法国物理学家帕耳帖发现，当电流通过不同金属的结点时，在结点处有吸、放热现象。

半导体制热效率一、介绍半导体制热效率是指在半导体器件中将电能转换为热能的效率。

随着科技的进步和人们对节能环保的追求，半导体制热效率成为了研究和应用领域的热点问题。

本文将从理论和实践两个方面对半导体制热效率进行探讨。

二、理论基础半导体材料的导电性在一定程度上受到温度的影响。

一方面，半导体材料的导电性随着温度的升高而增加，这与载流子的激活能有关；另一方面，半导体材料也存在热电效应，即当温度梯度存在时，会产生电压差。

基于这些理论基础，人们可以设计和优化半导体器件，以提高制热效率。

2.1 半导体材料的热电效应半导体材料的热电效应是指当材料两端存在温度差时，会产生电压差。

这是由于热传导过程中物质内部的能量转化导致的。

热电效应可以分为三种类型：Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。

其中Seebeck效应是指当温度梯度存在时，会产生电压差；Peltier效应是指当电流通过半导体材料时，会引起温度变化；Thomson效应则是指电流流过物体时，与温度梯度相关的热效应。

2.2 半导体材料的热导率热导率是材料传导热能的能力，是研究半导体材料制热效率的重要参数。

热导率的大小与材料的组成、结构和温度有关。

对于半导体材料来说，热导率通常会随温度的升高而增加，这是由于热导过程中原子的振动增强导致的。

三、实践应用半导体制热技术在现代社会有着广泛的应用，例如电子设备散热、半导体激光器、太阳能电池等。

在这些应用中，提高半导体制热效率可以有效降低能源消耗和环境污染，具有重要意义。

3.1 电子设备散热随着电子设备的普及和功能的不断增强，电子元件的发热问题成为制约设备性能和寿命的重要因素。

采用半导体制热技术可以将电子设备内部的热能快速传递到散热器上，实现高效散热，提高设备的稳定性和可靠性。

3.2 半导体激光器半导体激光器是一种将电能转换为光能的器件。

在半导体激光器中，制热效率的高低直接影响到激光器的输出功率和效率。

半导体的热电效应所谓的热电效应，是当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。

而这个效应的大小，则是用称为thermopower(Q)的参数来测量，其定义为Q=E/-dT(E为因电荷堆积产生的电场，dT则是温度梯度)。

塞贝克效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。

在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。

塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。

半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。

两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差。

这就是珀尔帖效应。

帕尔帖效应也称作热电第二效应。

对帕尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。

由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。

能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。

所以，半导体电子制冷的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。

纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。

半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。

当电流在温度不均匀的导体中流过时，导体除产生不可逆的焦耳热之外，还要吸收或放出一定的热量（称为汤姆孙热）。

或者反过来，当一根金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会形成电势差。

这一现象后叫汤姆孙效应，成为继塞贝克效应和帕尔帖效应之后的第三个热电效应。

汤姆逊效应的物理学解释是：金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大。

像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，因此自由电子从温度高端向温度低端扩散，在低温端堆积起来，从而在导体内形成电场，在金属棒两端便形成一个电势差。

第十讲热电效应半导体的热电效应与金属材料的热电效应一样，主要有： 塞贝克效应（德国物理学家，1821年发现）珀耳贴效应（法国物理学家，1834年发现）汤姆逊效应（英国物理学家，1856年发现）式中 α 为塞贝克系数，单位为V/K ，也称为温差电动势率。

利用塞贝克效应，可制成热电偶，用来测量温度。

只要选用适当的金属材料，可测量到从 -180℃到2800℃范围的温度。

一、塞贝克效应S V Tα=∆1821年，德国物理学家塞贝克发现，在两种不同的金属组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中会产生一个电势，这就是热电效应，也称作“塞贝克效应”。

温差电动势的表达式为：托马斯·约翰·塞贝克（1770～1831）图1 塞贝克效应电子浓度 n 随温度的上升按指数规律增大，在半导体中产生了电子的浓度梯度，电子由高温端向低温端扩散，在低温端积累了负电荷，产生了由高温端指向低温端的自建电场。

在自建电场的作用下，电子做漂移运动，电子漂移的方向与扩散方向相反，当漂移和扩散达到动态平衡时，在半导体两端产生一电动势，即温差电动势。

温差电动势的方向：n 型半导体的高温端为“+”，低温端为“-”；而p 型半导体的高温端为“-”，低温端为“+”。

图2 半导体的塞贝克效应以 n 型半导体为例，其结构如图 2 所示， n型半导体的两端与金属以欧姆接触相连接，并保持有温度差△T ，在半导体内部形成温度梯度。

图3 塞贝克效应应用影响塞贝克效应的另一个因素是“声子曳引效应”。

当样品中存在温度梯度时，声子也将从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中与载流子碰撞把能量传递给载流子，从而加速了载流子的扩散运动，即声子曳引作用。

增强了塞贝克效应。

可以用温差电动势的方向来判断半导体的导电类型，如图 3 所示。

n 型半导体和p 型半导体中塞贝克效应的温差电动势率分别为：C F 00n C 33ln 22E E k k n qT q q N α⎛⎫⎛⎫-=-+=-- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0F V 0p V 33ln 222k E E k p q T q N α-=+=-1834年法国物理学家帕耳帖发现，当电流通过不同金属的结点时，在结点处有吸、放热现象。