半导体制冷技术原理与应用 - 中国物理C.PDF

半导体制冷技术原理与应用 李洪斌 　　杨 　先 ( ) ( ) ( 　　半导体制冷 Semiconductor refrigeration 又称 　　由3 块金属板 1 、2 、3 和一对电偶臂 由一块 P ) 电子制冷 、温差制冷或者热电制冷 ,是上世纪 60 年 型半导体和一块 N 型半导体构成 组成的热电偶 , 代后迅速发展起来的一项制冷技术 。与普通制冷技 在通以图3 所示的电流时 ,金属板 1 会从周围吸收 术不同 ,半导体制冷不采用压缩机和制冷剂 ,不依赖 热量 ,而金属板 2 、3 则释放热量 。金属板 1 作为工 ( 制冷剂的相变传递热量 ,在直流电流通过具有热电 作端可达到制冷 目的 ,将电源极性反过来 即通以反 ) 转化效应的导体组成的回路时 ,利用热量转移特性 方向电流 ,金属板 2 、3 吸收热量 ,金属板 1 释放热 制冷 ,是一种科技含量高的全新制冷技术 。半导体 量 ,还把板 1 作为工作端 ,就是制热器了。实验表 制冷系统无压缩机和制冷工质 、结构简单 、成本低 、 明 ,与普通金属相比,半导体电路的珀尔帖效应明显 寿命长 、绿色环保 ,工作过程无振动 、无噪音 ,也不必 增强 。图3 中这对电偶制冷量很小 ,通常只有几百 担心工质泄露破坏大气层 , 目前已在低温超导技术 、 毫瓦到二三瓦之间 ,一般不能满足制冷需要 。为了 低温生物学 、低温外科学 ,低温电子学 ,通讯技术 ,红 得到更好的制冷效果 ,通常串联 、并联 、混联上述电 外技术 ,激光技术 , 以及空间技术等领域广泛应用 。 偶组成制冷电堆 ,获得数瓦到数千瓦的制冷量 。 一 、半导体制冷原理及特点 　　热电效应是半导体制冷的最基本依据 ,其中最 著名的是塞贝尔效应和珀尔帖效应 。182 1 年塞贝 尔发现在用两种不同导体组成闭合回路中 , 当两个 ( ) 连接点温度不同时 T 1 T2 ,导体回路就会产生电 ( ) ( ) 动势 电流 ,即塞贝尔效应 图 1 。1834 年 ,法国科 图3 　半导体制冷原理示意图 学家珀尔帖在此基础上做了一个相反的实验 :用两 　　通常半导体制冷器 由许多 N 型和 P 型半导体 种不同导体组成闭合回路 ,并通直流电,连接处出现 组成 ,N 、P 结之间以一般导体连接成完整线路 ,通 了一端冷 、一端热的现象 ,即珀尔帖效应 。显然其本 常采用铝 、铜或其他金属导体 , 最后像夹心饼干一 ( ) 质就是塞贝尔效应的逆效应 图2 。 样 ,外夹两片陶瓷片 。陶瓷片必须绝缘 ,而且导热性 ( ) 能良好 图4 。 图 1 　塞贝尔效应