半導體制冷原理

半導體制冷也稱熱電制冷，是從50年代發展起來的一門介于制冷技術和半導體技術邊緣的學科，它利用特種半導體材料構成的P-N結，形成熱電偶對，產生帕爾帖效應。
1. 半導體制冷原理—簡介
　　半導體制冷器是由半導體所組成的一種冷卻裝置，也叫熱電制冷，其理論基礎帕爾帖效應，即通上電源之后，冷端的熱量被移到熱端，導制冷端溫度降低，熱端溫度升高。如圖所示，由X及Y兩種不同的金屬導線所組成的封閉線路。

與傳統的制冷技術相比，它的優點在于：(1)結構簡單，無噪音、無磨損、無污染、可靠性高;(2)制冷速度快，控制靈活;(3)熱電堆可以任意排布、大小形狀可變.由于上述優點，現在國內外都在大力推廣這項技術。
　　從半導體制冷的發展歷史來看，大致經歷了三個階段：1、本世紀初，塞克爾和帕爾帖先后發現溫差電流現象和溫度反常現象，并進行了熱電發電和熱電制冷的研究.但當時由于使用的金屬材料的熱電性能較差，能量轉換的效率很低，熱電效應沒有得到實質應用;2、年代初期，主要是通過半導體材料的廣泛應用，發現半導體材料具有良好的熱電性能，并使熱電效應的效率大大提高，從而使熱電發電和熱電制冷進入工程實踐;3、80年代以后，主要是努力提高半導體的熱電制冷的性能，進一步開發熱電制冷的應用領域。

2. 半導體制冷原理—典型結構
　　下圖是一個制冷器的典型結構, 由許多N型和P型半導體之顆粒互相排列而成，而NP之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其它金屬導體，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熱良好，看起來像三明治。

3. 半導體制冷原理—工作原理
　　半導體制冷的工作原理是基于帕爾帖效應。如下圖所示，半導體熱電偶由N型半導體和P型半導體組成。N型半導體有多余的電子，有負溫差電勢。P型半導體電子不足，有正溫差電勢;當電子從P型穿過結點至N型時，結點的溫度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相當于結點所消耗的能量。相反，當電子從N型流至P型材料時，結點的溫度就會升高。

　　直接接觸的熱電偶電路在實際應用中不可用，所以用下圖的連接方法來代替，實驗證明，在溫差電路中引入第三種材料(銅連接片和導線)不會改變電路的特性。這樣，半導體元件可以用各種不同的連接方法來滿足使用者的要求，把一個P型半導體元件和一個N型半導體元件聯結成一對熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會產生溫差和熱量的轉移。