【導(dǎo)讀】今年夏季的爆熱引發(fā)了空調(diào)等制冷設(shè)備的脫銷??照{(diào)的冷卻裝置實際上就是半導(dǎo)體制冷器。是在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的,經(jīng)過50多年的創(chuàng)新和實踐,終于這項制冷技術(shù)走上了歷史舞臺。本文就詳細(xì)介紹了半導(dǎo)體制冷原理及發(fā)展歷程。
半導(dǎo)體致冷器是由半導(dǎo)體所組成的一種冷卻裝置,于1960年左右才出現(xiàn),然而其理論基礎(chǔ)peltiereffect可追溯到19世紀(jì)。這現(xiàn)象最早是在1821年,由一位德國科學(xué)家thomasseeback首先發(fā)現(xiàn),不過他當(dāng)時做了錯誤的推論,并沒有領(lǐng)悟到背后真正的科學(xué)原理。到了1834年,一位法國表匠,同時也是兼職研究這現(xiàn)象的物理學(xué)家jeanpeltier,才發(fā)現(xiàn)背后真正的原因,這個現(xiàn)象直到近代隨著半導(dǎo)體的發(fā)展才有了實際的應(yīng)用,也就是[致冷器]的發(fā)明(注意,這種叫致冷器,還不叫半導(dǎo)體致冷器)。
由許多n型和p型半導(dǎo)體之顆?;ハ嗯帕卸?,而np之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路,通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體,最後由兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來,陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好,外觀由許多n型和p型半導(dǎo)體之顆?;ハ嗯帕卸桑鴑p之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路,通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體,最后由兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來,陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好。
n型半導(dǎo)體。任何物質(zhì)都是由原子組成,原子是由原子核和電子組成。電子以高速度繞原子核轉(zhuǎn)動,受到原子核吸引,因為受到一定的限制,所以電子只能在有限的軌道上運轉(zhuǎn),不能任意離開,而各層軌道上的電子具有不同的能量(電子勢能)。離原子核最遠(yuǎn)軌道上的電子,經(jīng)??梢悦撾x原子核吸引,而在原子之間運動,叫導(dǎo)體。如果電子不能脫離軌道形成自由電子,故不能參加導(dǎo)電,叫絕緣體。半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間,叫半導(dǎo)體。半導(dǎo)體重要的特性是在一定數(shù)量的某種雜質(zhì)滲入半導(dǎo)體之后,不但能大大加大導(dǎo)電能力,而且可以根據(jù)摻入雜質(zhì)的種類和數(shù)量制造出不同性質(zhì)、不同用途的半導(dǎo)體。將一種雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體后,會放出自由電子,這種半導(dǎo)體稱為n型半導(dǎo)體。
p型半導(dǎo)體,是靠“空穴”來導(dǎo)電。在外電場作用下“空穴”流動方向和電子流動方向相反,即“空穴”由正板流向負(fù)極,這是p型半導(dǎo)體原理。
載流子現(xiàn)象:n型半導(dǎo)體中的自由電子,p型半導(dǎo)體中的“空穴”,他們都是參與導(dǎo)電,統(tǒng)稱為“載流子”,它是半導(dǎo)體所特有,是由于摻入雜質(zhì)的結(jié)果。
半導(dǎo)體制冷材料:不僅需要n型和p型半導(dǎo)體特性,還要根據(jù)摻入的雜質(zhì)改變半導(dǎo)體的溫差電動勢率,導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率使這種特殊半導(dǎo)體能滿足制冷的材料。目前國內(nèi)常用材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金,其中p型是bi2te3—sb2te3,n型是bi2te3—bi2se3,采用垂直區(qū)熔法提取晶體材料。
相關(guān)閱讀:
利用半導(dǎo)體制冷解決大功率LED照明散熱問題
技術(shù)帝教你DIY電子制冷的冰鎮(zhèn)冰壺
利用MEMS技術(shù)研究非制冷紅外探測器