半導(dǎo)體制冷片工作原理及使用

致冷器件是由半導(dǎo)體所組成的一種冷卻裝置，隨著近代的半導(dǎo)體發(fā)展才有實(shí)際的應(yīng)用，也就是致冷器的發(fā)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(fù)極（-）出發(fā)，首先經(jīng)過(guò)P型半導(dǎo)體，于此吸熱量，到了N型半導(dǎo)體，又將熱量放出，每經(jīng)過(guò)一個(gè)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(gòu)成，冷端要接熱源，也就是欲冷卻之。在以往致冷器是運(yùn)用在CPU的，是利用冷端面來(lái)冷卻CPU，而熱端面散出的熱量則必需靠風(fēng)扇來(lái)排出。致冷器也應(yīng)用于做成車(chē)用冷/熱保溫箱，冷的方面可以冷飲機(jī)，熱的方面可以保溫?zé)岬臇|西。

工作原理

半導(dǎo)體制冷片的工作原理是基于帕爾帖原理，該效應(yīng)是在1834年由J.A.C帕爾帖首先發(fā)現(xiàn)的，即利用當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B組成的電路且通有直流電時(shí)，在接頭處除焦耳熱以外還會(huì)釋放出某種其它的熱量，而另一個(gè)接頭處則吸收熱量，且帕爾帖效應(yīng)所引起的這種現(xiàn)象是可逆的，改變電流方向時(shí)，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(qiáng)度I［A］成正比，且與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)及熱端的溫度有關(guān)，即：

πab稱(chēng)做導(dǎo)體A和B之間的相對(duì)帕爾帖系數(shù) ，單位為［V］， πab為正值時(shí)，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(yīng)比較微弱，而半導(dǎo)體材料則要強(qiáng)得多，因而得到實(shí)際應(yīng)用的溫差電制冷器件都是由半導(dǎo)體材料制成的。

1.N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體，也稱(chēng)電子型半導(dǎo)體。

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周?chē)膫€(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供;空穴是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱(chēng)為施主雜質(zhì)。

?

?

2.P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導(dǎo)體，也稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體。

因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一空穴。P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成;電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱(chēng)為受主雜質(zhì)。

3.PN結(jié)

在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì)，分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程：

因濃度差

↓

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)?由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

↓

空間電荷區(qū)形成形成內(nèi)電場(chǎng)

↓ ↓

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

最后，多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面兩側(cè)，留下離子薄層，這個(gè)離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱(chēng)為PN結(jié)。PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)方向由N區(qū)指向P區(qū)。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖所示。

外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。于是，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。而實(shí)際上電子在通過(guò)電場(chǎng)后勢(shì)能產(chǎn)生變化，能量轉(zhuǎn)換為各種形勢(shì)的表現(xiàn)，而熱量的吸收與散發(fā)都是其表現(xiàn)的一個(gè)方面。而半導(dǎo)體制冷片的工作原理實(shí)際上就是通過(guò)定向電流將熱能定向搬運(yùn)的過(guò)程。

使用說(shuō)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(dǎo)冷系統(tǒng)，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(dǎo)冷塊接觸良好，接觸面?須涂有一薄層導(dǎo)熱硅脂。?

3、固定制冷片時(shí)既要使制冷片受力均勻，又要注意切勿過(guò)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(guò)?額定電壓?，電源波紋系數(shù)小于?10%。?

2、?電流不得超過(guò)組件的?額定電流?。?

3、?制冷片正在工作時(shí)不得瞬間通反向?電壓?（須在5分鐘之后。?

4、制冷片內(nèi)部不得進(jìn)水。?

5、制冷片周?chē)鷿穸炔坏贸^(guò)80%。