半導(dǎo)體致冷器是由半導(dǎo)體所組成的一種冷卻裝置,於1960左右才出現(xiàn),然而其理論基礎(chǔ)Peltier effect可追溯到19世紀(jì)。如圖是由X及Y兩種不同的金屬導(dǎo)線所組成的封閉線路。
通上電源之後,冷端的熱量被移到熱端,導(dǎo)致冷端溫度降低,熱端溫度升高,這就是著名的Peltier effect。這現(xiàn)象最早是在1821年,由一位德國科學(xué)家Thomas Seeback首先發(fā)現(xiàn),不過他當(dāng)時(shí)做了錯(cuò)誤的推論,并沒有領(lǐng)悟到背後真正的科學(xué)原理。到了1834年,一位法國表匠,同時(shí)也是兼職研究這現(xiàn)象的物理學(xué)家Jean Peltier,才發(fā)現(xiàn)背後真正的原因,這個(gè)現(xiàn)象直到近代隨著半導(dǎo)體的發(fā)展才有了實(shí)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)?! ∠旅嫖覀儊砜匆幌掳雽?dǎo)體致冷器的結(jié)構(gòu)。
由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆?;ハ嗯帕卸?,而N 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,最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來,陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好,外觀如右圖所示,看起來像三明治(下圖為實(shí)物圖)。
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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?yàn)槭艿揭欢ǖ南拗?,所以電子只能在有限的軌道上運(yùn)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(yùn)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*,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。