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半导体制冷原理

发布时间:2012-11-22

        我们都知道到了二十世纪五十年代随着半导体材料的迅猛发展,热点制冷器才逐渐从实验室走向工程实践,在国防、工业、农业、医疗和日常生活等领域获得应用,大到可以做核潜艇的空调,小到可以用来冷却红外线探测器的探头,因此通常又把热电制冷器称为半导体制冷器。 
  

                                                              半导体
                                                                                        半导体

半导体原理

      而半导是基于帕尔帖原理,该效应是在1834年由J.A.C帕尔帖首先发现的,即利用当两种不同的导体A和B组成的电路且通有直流电时,在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量,而另一个接头处则吸收热量,且帕尔帖效应所引起的这种现象是可逆的,改变电流方向时,放热和吸热的接头也随之改变,吸收和放出的热量与电流强度I[A]成正比,且与两种导体的性质及热端的温度有关,即: Qab=Iπab
      πab称做导体A和B之间的相对帕尔帖系数 ,单位为[V], πab为正值时,表示吸热,反之为放热,由于吸放热是可逆的,所以πab=-πab
       帕尔帖系数的大小取决于构成闭合回路的材料的性质和接点温度,其数值可以由赛贝克系数αab[V.K-1]和接头处的绝对温度T[K]得出πab=αabT与塞贝克效应相,帕尔帖系也具有加和性,即:

 

  Qac=Qab+Qbc=(πab+πbc)I

 

  因此绝对帕尔帖系数有πab=πa- πb
       金属材料的帕尔帖效应比较微弱体材料则要强得多,因而得到实际应用的温差电制冷器件都是由半导体材料制成的。
                                                                                制冷原理

半导体制冷材料

  不仅需要N型和P型半导体特性,还要根据掺入的杂质改变半导体的温差电动势率,导电率和导热率使这种特殊半导体能满足制冷的材料。目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金,其中P型是Bi2Te3—Sb2Te3,N型是Bi2Te3—Bi2Se3,采用垂直区熔法提取晶体材料。

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