半導體制冷片工作原理及使用

致冷器件是由半導體所組成的一種冷卻裝置，隨著近代的半導體發展才有實際的應用，也就是致冷器的發明。其工作原理是由直流電源提供電子流所需的能量，通上電源后，電子負極（-）出發，首先經過P型半導體，于此吸熱量，到了N型半導體，又將熱量放出，每經過一個NP模塊，就有熱量由一邊被送到令外一邊造成溫差而形成冷熱端。冷熱端分別由兩片陶瓷片所構成，冷端要接熱源，也就是欲冷卻之。在以往致冷器是運用在CPU的，是利用冷端面來冷卻CPU，而熱端面散出的熱量則必需靠風扇來排出。致冷器也應用于做成車用冷/熱保溫箱，冷的方面可以冷飲機，熱的方面可以保溫熱的東西。

工作原理

半導體制冷片的工作原理是基于帕爾帖原理，該效應是在1834年由J.A.C帕爾帖首先發現的，即利用當兩種不同的導體A和B組成的電路且通有直流電時，在接頭處除焦耳熱以外還會釋放出某種其它的熱量，而另一個接頭處則吸收熱量，且帕爾帖效應所引起的這種現象是可逆的，改變電流方向時，放熱和吸熱的接頭也隨之改變，吸收和放出的熱量與電流強度I［A］成正比，且與兩種導體的性質及熱端的溫度有關，即：

πab稱做導體A和B之間的相對帕爾帖系數 ，單位為［V］， πab為正值時，表示吸熱，反之為放熱，由于吸放熱是可逆的，所以πab=－πab。金屬材料的帕爾帖效應比較微弱，而半導體材料則要強得多，因而得到實際應用的溫差電制冷器件都是由半導體材料制成的。

1.N型半導體

在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成N型半導體，也稱電子型半導體。

因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體中自由電子是多數載流子，它主要由雜質原子提供;空穴是少數載流子， 由熱激發形成。

提供自由電子的五價雜質原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質原子也稱為施主雜質。

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2.P型半導體

在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導體，也稱為空穴型半導體。

因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。P型半導體中空穴是多數載流子，主要由摻雜形成;電子是少數載流子，由熱激發形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質原子成為負離子。三價雜質因而也稱為受主雜質。

3.PN結

在一塊本征半導體的兩側通過擴散不同的雜質，分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程：

因濃度差

↓

多子的擴散運動?由雜質離子形成空間電荷區

↓

空間電荷區形成形成內電場

↓ ↓

內電場促使少子漂移 內電場阻止多子擴散

最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。在P型半導體和N型半導體的結合面兩側，留下離子薄層，這個離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。PN結的內電場方向由N區指向P區。

PN結加正向電壓時的導電情況如圖所示。

外加的正向電壓有一部分降落在PN結區，方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。于是，內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。而實際上電子在通過電場后勢能產生變化，能量轉換為各種形勢的表現，而熱量的吸收與散發都是其表現的一個方面。而半導體制冷片的工作原理實際上就是通過定向電流將熱能定向搬運的過程。

使用說明：?

一、正確的安裝、組裝方法：

1、制冷片一面安裝散熱片，一面安裝導冷系統，安裝表面?平?面度?不大于?0.03mm?，要除去毛刺、污物。?

2、制冷片與散熱片和導冷塊接觸良好，接觸面?須涂有一薄層導熱硅脂。?

3、固定制冷片時既要使制冷片受力均勻，又要注意切勿過度，以防止瓷片壓裂?。?

二、正確的使用條件：

1、使用直流電源電壓不得超過?額定電壓?，電源波紋系數小于?10%。?

2、?電流不得超過組件的?額定電流?。?

3、?制冷片正在工作時不得瞬間通反向?電壓?（須在5分鐘之后。?

4、制冷片內部不得進水。?

5、制冷片周圍濕度不得超過80%。