【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。空調(diào)的冷卻裝置實(shí)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(shí)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(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）。
由許多n型和p型半導(dǎo)體之顆粒互相排列而成，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)體之顆粒互相排列而成，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(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)常可以脫離原子核吸引，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。
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