半导体制冷原理

半导体制冷原理

半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。

半导体制冷器特点

半导体制冷器具有无噪声、无振动、不需制冷剂、体积小、重量轻等特点，且工作可靠， *** 作简便，易于进行冷量调节。但它的制冷系数较小，电耗量相对较大，故它主要用于耗冷量小和占地空间小的场合，如电子设备和无线电通信设备中某些元件的冷却。

有的也用于家用冰箱，但不经济。半导体制冷片是一个热传递的工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。

半导体冰箱的工作原理

半导体冰箱的工作原理，冰箱已经是家里不能缺少的电器了，可以说一年四季都经常用到冰箱，现在市场上的冰箱的类型越来越多了，半导体冰箱就是其中一种，下面了解半导体冰箱的工作原理。

半导体冰箱的工作原理1

半导体冰箱是一种在制冷原理上与普通冰箱完全的产品，它以一块40毫米见方、4毫米厚的半导体芯片通过高效环形双层热管散热及传导技术和自动变压变流控制技术实现制冷，被喻为世界最小的“压缩机”。由于半导体制冷器属电子物理制冷，根本用制冷工质和机械运动部件，从而彻底解决了介质污染和机械振动等机械制冷冰箱所无法解决的应用问题，并在小容量低温冷藏箱方面具有更加显著的节能特性，极具开发推广价值。

所以，“半导体电子制冷”的效果就主要取决于电荷载体运动的两种材料的能级差，即热电势差。纯金属的导电导热性能好，但制冷效率极低（不到1%）。半导体材料具有极高的热电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。

使用半导体冰箱的注意事项

1、半导体冰箱只能制冷或制热，不能制冰，不能用来存放冰激凌等冷冻食品，不具备像压缩机冰箱一样的制冷效果。

2、半导体冰箱只能降到比环境温度低20摄氏度-25摄氏度的`温度，最低能制冷到5摄氏度，但并不是说环境温度为10摄氏度时，箱内能降低到-10摄氏度。

3、请保持半导体冰箱通风口与散热孔的畅通，注意及时清理风扇或防尘罩上的灰尘。

4、切勿将物品塞入半导体冰箱散热孔和进风口孔处、半导体冰箱使用时应远离热源。

5、当加热功能和制冷功能进行转换时，必须关掉电源，等待5分钟后再启动冰箱。

6、清洁半导体冰箱时，请关掉所有电源、请不要使用硬物和强力清洁剂清理冰箱。

7、确定半导体冰箱的变化温度和环境温度，这些将提供给你可期望的半导体冰箱能达到温度方面的粗略指导，制冷温度标示通常为：可达到低于环境温度20度以下。

半导体冰箱的工作原理2

冰箱的工作原理

1、压缩式电冰箱：该种电冰箱由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功。制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发汽化时吸收热量的原理制成的。其优点是寿命长，使用方便，目前世界上91～95%的电冰箱属于这一类。目前常用的电冰箱利用了一种叫做R600a的制冷剂作为热的“搬运工”，把冰箱里的“热” “搬运”到冰箱的外面。

2、半导体电冰箱：它是利用对PN型半导体，通以直流电，在结点上产生珀尔帖效应的原理来实现制冷的电冰箱。

3、化学冰箱：它是利用某些化学物质溶解于水时强烈吸热而获得制冷效果的冰箱。

4、电磁振动式冰箱：它是用电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱。其原理、结构与压缩式电冰箱基本相同。

5、太阳能电冰箱：它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。

6、绝热去磁制冷电冰箱。

7、辐射制冷电冰箱。

8、固体制冷电冰箱。

使用方法

1、冰箱温度补偿开关使用方法 家用冰箱是根据我国南北地区温差较大的特点而设计的宽气候带电冰箱，在环境温度较低情况下（10摄氏度以下、，请你打开温度补偿开关以便正常使用。当环境温度较低时，如果不打开温度补偿开关使用，压缩机的工作次数会明显减少或者不工作，开机时间短，停机时间长，造成冷冻室温度偏高，冷冻食品不能完全冻结，因此必须打开温度补偿开关使用。（其原理是当环境温度低于10摄氏度时，需要你打开该开关，为冰箱冷藏室加温，使冰箱被动工作，以便于冷冻室温度保持低温结冰状态。、打开温度补偿开关并不影响冰箱的使用寿命。当冬季过去，环境温度升高，环境温度高于15摄氏度时，请你将温度补偿开关关闭，这样，可以避免压缩机频繁启动，节约用电。

2、冰箱温控器使用方法 冰箱在使用过程中，其工作时间和耗电受环境温度影响很大，因此需要我们在不同的季节要选择不同的档位使用，冰箱温控器夏季应开低挡冬季开高档。夏季环境温度高时，应打在弱挡2、3档使用，冬季环境温度低时，应打在强挡4、5 使用，原因：在夏季，环境温度较高（达30摄氏度、，冷冻室内温度若打在强挡（4、5、，达-18摄氏度以下，内外温度差大，因此箱内温度每下降1摄氏度都很困难，再则，通过箱体保温层和门封冷气散失也会加快，这样开机时间很长而停机时间很短，会导致压缩机在高温下长时间运转，既耗电又易损坏压缩机。若此时改在弱挡（2、3档、，就会发现开机时间明显变短，又减少了压缩机磨损，延长了使用寿命。所以夏季高温时就将温控调至弱挡。当冬季环境温度较低时，若仍将温控器调至弱挡，因此时内外温差小，将会出现压缩机不易启动，单制冷系统的冰箱还可能出现冷冻室化冻的现象。

3、冰箱冷藏室正确的设置温度设定为5-7度，即可以保证食品的保鲜效果，也避免的温度设置过低造成资源浪费。

对于冰箱的工作原理，大家应该也有了认识了吧，冰箱工作的原理也是很简单的，多了解一些冰箱的原理，在我们购买冰箱的时候也能够起到一些作用，同时大家要多了解一些冰箱的使用方法，争取延长自己家冰箱的使用寿命。

半导体冰箱的工作原理3

无霜冰箱的缺点和原理

无霜冰箱的缺点

无霜冰箱干净清爽，蒸发器与食品分离，食品不会与蒸发器粘在一起，无霜冰箱的冷风系统带走了冰箱内多余的水分，无水自然无霜，食物之间也不会冻结在一起。无霜冰箱不断循环的冷风，经过除臭系统的过滤，使冰箱内的气味持久保持清新，大大减少食物之间互相串味的现象。

当然风冷冰箱也不是完美无缺的，食物容易风干缺水，因为其内部会有冷空气不断循环，进而会使冰箱内的空气湿度变低，一些食物如果没有使用保鲜膜或保鲜盒隔离，很容易缺水，进而被吹干。所以目前很多风冷冰箱都会设计有一些较小的储物盒，除了方便食物归纳外，很大程度上也是为了减慢食物的风干速度。价格较贵噪音稍大，无霜冰箱耗电量大，风冷冰箱内部结构相比直冷冰箱更复杂，因此产品的制造成本更高，所以同容积同品牌的风冷冰箱一般都比直冷冰箱贵一些。另外，风冷冰箱需要风扇不断地将冷气吹到冰箱内的各个角落，所以相对来说，噪音也会比直冷冰箱大一点。

无霜冰箱的原理

无霜冰箱产生霜层并不是说无霜冰箱在运作是不会产生冰霜，而是无霜冰箱有定时的化霜功能，所以我们在日常生活中并不会发现冰箱霜层。关于无霜冰箱的除霜系统的组成。化霜定时器，累计计算压缩机工作17-24小时后断开压缩机的供电并给蒸发器、接水槽加热丝供电。蒸发器加热丝，蒸发器加热除霜。接水槽加热丝，接水槽加热除霜。化霜温控器，控制化霜时的温度。双金属片或者温度保险，防止化霜温控器失灵的一个保护装置。

工作原理，化霜定时器累计计算压缩机工作17-24小时后停止对压缩机和循环风扇的供电，同时给经过化霜温控器、温度保险给蒸发器、节水槽加热丝供电，当化霜温控器监测达到临界点（化霜温控器所处的温度）时断开给加热丝供电（如果化霜温控器达到临界点还未断开时温度保险就会过热断开）至此一个除霜的过程结束，然后定时器恢复给压缩机供电，并延迟几分钟给循环风扇供电，重新制冷开始。

试想过你的生活缺少了数字是什么概念吗？那将是一个混乱的世界，无论是你的手机号码、你的身份z号码、还是你家的门牌号，这些全部都是用数字表达的！电子游戏、电子邮件、数码音乐、数码照片、多媒体光盘、网络会议、远程教学、网上购物、电子银行和电子货币……几乎一切的东西都可以用0和1来表示。电脑和互联网的出现让人们有了更大的想象和施展的空间，我们的生活就在这简单的“0”“1”之间变得丰富起来、灵活起来、愉悦起来，音像制品、手机、摄像机、数码相机、MP3、袖珍播放机、DVD播放机、PDA、多媒体、多功能游戏机、ISDN等新潮电子产品逐渐被人们所认识和接受，数字化被我们随身携带着，从而拥有了更加多变的视听新感受，音乐和感觉在数字化生活中静静流淌……

数字生活已成为信息化时代的特征，它改变着人类生活的方方面面，在此背后，隐藏着新材料的巨大功勋，新材料是数字生活的“幕后英雄”。

计算机是数字生活中的重要设备，计算机的核心部件是中央处理器（CPU）和存储器（RAM），它们是以大规模集成电路为基础建造起来的，而这些集成电路都是由半导体材料做成的，Si片是第一代半导体材料，集成电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。为了使集成电路具有高效率、低能耗、高速度的性能，相继发展了GaAs、InP等第二代半导体单晶材料。SiC、GaN、ZnSe、金刚石等第三代宽禁带半导体材料、SiGe/Si、SOI（Silicon On Insulator）等新型硅基材料、超晶格量子阱材料可制作高温（300~500°C）、高频、高功率、抗辐射以及蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件，从而大幅度地提高原有硅集成电路的性能，是未来半导体材料的重要发展方向。

人机交换，常常需要将各种形式的信息，如文字、数据、图形、图像和活动图像显示出来。静止信息的显示手段最常用的如打印机、复印机、传真机和扫描仪等，一般称为信息的输出和输入设备。为提高分辨率以及输入和输出的速度，需要发展高灵敏度和稳定的感光材料，例如激光打印机和复印机上的感光鼓材料，目前使用的是无机的硒合金和有机的酞菁染料。显示活动图像信息的主要部件是阴极射线管（CRT），广泛地应用在计算机终端显示器和平面电视上，CRT目前采用的电致发光材料，大都使用稀土掺杂（Tb3+、Sn3+、Eu3+等）和过渡元素掺杂（Mn2+）的硫化物（ZnS、CdS等）和氧化物（Y2O3、YAlO3）等无机材料。

为了减小CRT庞大的体积，信息显示的趋势是高分辨率、大显示容量、平板化、薄型化和大型化，为此主要采用了液晶显示技术（LCD）、场致发射显示技术（FED）、等离子体显示技术（PDP）和发光二极管显示技术（LED）等平板显示技术，广泛应用在高清晰度电视（HDTV）、电视电话、计算机（台式或可移动式）显示器、汽车用及个人数字化终端显示等应用目标上，CRT不再是一支独秀，而是形成与各种平板显示器百花争艳的局面。

在液晶显示技术中采用的液晶材料早已在手表、计算器、笔记本电脑、摄像机中得到应用，液晶材料较早使用的是苯基环己烷类、环己基环己烷类、吡啶类等向列相和手征相材料，后来发展了铁电型（FE）液晶，响应时间在微秒级，但铁电液晶的稳定性差，只能用分支法（side-chain）来改进。目前趋向开发反铁电液晶，因为它们的稳定性较高。

液晶显示材料在大屏幕显示中有一定的困难，目前作为大屏幕显示的主要候选对象为等离子体显示器（PDP）和发光二极管（LED）。PDP所用的荧光粉为掺稀土的钡铝氧化物。用类金刚石材料作冷阴极和稀土离子掺杂的氧化物作发光材料，推动场发射显示（FED）的发展。制作高亮度发光二极管的半导体材料主要为发红、橙、黄色的GaAs基和GaP基外延材料、发蓝光的GaN基和ZnSe基外延材料等。

由于因特网和多媒体技术的迅速发展，人类要处理、传输和存储超高信息容量达太（兆兆）数字位（Tb，1012bits），超高速信息流每秒达太位（Tb/s），可以说人类已经进入了太位信息时代。现代的信息存储方式多种多样，以计算机系统存储为例，存储方式分为随机内存储、在线外存储、离线外存储和脱机存储。随机内存储器要求集成度高、数据存取速度快，因此一直以大规模集成的微电子技术为基础的半导体动态随机存储器（DRAM）为主，256兆位的随机动态存储器的晶体管超过2亿个。外存储大都采用磁记录方式，磁存储介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁盘和硬磁盘。磁存储密度的提高主要依赖于磁介质材料的改进，相继采用了磁性氧化物（如g-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等）、铁氧体系、超细磁性氧化物粉末、化学电镀钴镍合金或真空溅射蒸镀Co基合金连续磁性薄膜介质等材料，磁存储的信息存储量从而有了很大的提高。固体（闪）存储器（flash memory）是不挥发可擦写的存储器，是基于半导体二极管的集成电路，比较紧凑和坚固，可以在内存与外存间插入使用。记录磁头铁芯材料一般用饱和磁感大的软磁材料，如80Ni-20Fe、Co-Zr-Nb、Fe-Ta-C、45Ni-55Fe、Fe-Ni-N、Fe-Si、Fe-Si-Ni、67Co-10Ni-23Fe等。近年来发展起来的巨磁阻（GMR）材料，在一定的磁场下电阻急剧减小，一般减小幅度比通常磁性金属与合金的磁电阻数值约高10余倍。GMR一般由自由层/导电层/钉扎层/反强磁性层构成，其中自由层可为Ni-Fe、Ni-Fe/Co、Co-Fe等强磁体材料，在其两端安置有Co-Cr-Pt等永磁体薄膜，导电层为数nm的铜薄膜，钉扎层为数nm的软磁Co合金，磁化固定层用5～40nm的Ni-O、Ni-Mn、Mn-In、Fe-Cr-Pt、Cr-Mn-Pt、Fe-Mn等反强磁体，并加Ru/Co层的积层自由结构。采用GMR效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了近二十倍，因此巨磁阻效应的研究对发展磁存储有着非常重要的意义。

声视领域内激光唱片和激光唱机的兴起，得益于光存储技术的巨大发展，光盘存贮是通过调制激光束以光点的形式把信息编码记录在光学圆盘镀膜介质中。与磁存储技术相比，光盘存储技术具有存储容量大、存储寿命长；非接触式读/写和擦，光头不会磨损或划伤盘面，因此光盘系统可靠，可以自由更换；经多次读写载噪比（CNR）不降低。光盘存储技术经过CD（Compact Disk）、DVD（Digital Versatile Disk）发展到将来的高密度DVD（HD-DVD）、超高密度DVD（SHD-DVD）过程中，存储介质材料是关键，一次写入的光盘材料以烧蚀型（Tc合金薄膜，Se-Tc非晶薄膜等）和相变型（Te-Ge-Sb非晶薄膜、AgInTeSb系薄膜、掺杂的ZnO薄膜、推拉型偶氮染料、亚酞菁染料）为主，可擦重写光盘材料以磁光型（GdCo、TeFe非晶薄膜、BiMnSiAl薄膜、稀土掺杂的石榴石系YIG、Co-Pt多层薄膜）为主。光盘存储的密度取决于激光管的波长，DVD盘使用的InGaAlP红色激光管（波长650nm）时，直径12cm的盘每面存储为4.7千兆字节（GB），而使用ZnSe（波长515nm）可达12GB，将来采用GaN激光管（波长410nm），存储密度可达18GB。要读写光盘里的信息，必须采用高功率半导体激光器，所用的激光二极管采用化合物半导体GaAs、GaN等材料。

激光器除了在光盘存储应用之外，在光通信中的作用也是众所周知的。由于有了低阈值、低功耗、长寿命及快响应的半导体激光器，使光纤通信成为现实。光通讯就是由电信号通过半导体激光器变为光信号，而后通过光导纤维作长距离传输，最后再由光信号变为电信号为人接收。光纤所传输的光信号是由激光器发出的，常用的为半导体激光器，所用材料为GaAs、GaAlAs、GaInAsP、InGaAlP、GaSb等。在接受端所用的光探测器也为半导体材料。缺少光导纤维，光通信也只能是“纸上谈兵”。低损耗的光学纤维是光纤通信的关键材料，目前所用的光学纤维传感材料主要有低损耗石英玻璃、氟化物玻璃和Ga2S3为基础的硫化物玻璃和塑料光纤等，1公斤石英为主的光纤可代替成吨的铜铝电缆。光纤通信的出现是信息传输的一场革命，信息容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强，是光纤通信的优点。光纤通信的高速发展为现代信息高速公路的建设和开通起到了至关重要的作用。

除了有线传播外，信息的传播还采用无线的方式。在无线传播中最引人注目的发展是移动电话。移动电话的用户愈多，所使用的频率愈高，现在正向千兆周的频率过渡，电话机的微波发射与接收亦是靠半导体晶体管来实现，其中部分Si晶体管正在被GaAs晶体管所取代。在手机中广泛采用的高频声表面波SAW（Surface Acoustic Wave）及体声波BAW（Bulk Surface Acoustic Wave）器件中的压电材料为a-SiO2、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7、KNbO3、La3Ga5SiO14等压电晶体及ZnO/Al2O3和SiO2/ZnO/DLC/Si等高声速薄膜材料,采用的微波介质陶瓷材料则集中在BaO-TiO2体系、BaO-Ln2O3-TiO2（Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd）体系、复合钙钛矿A（B1/3B￠2/3）O3体系（A=Ba,Sr；B=Mg,Zn,Co,Ni,Mn；B￠=Nb,Ta）和铅基复合钙钛矿体系等材料上。

随着智能化仪器仪表对高精度热敏器件需求的日益扩大，以及手持电话、掌上电脑PDA、笔记本电脑和其它便携式信息及通信设备的迅速普及，进一步带动了温度传感器和热敏电阻的大量需求，负温度系数（NTC）热敏电阻是由Co、Mn、Ni、Cu、Fe、Al等金属氧化物混合烧结而成，其阻值随温度的升高呈指数型下降，阻值-温度系数一般在百分之几，这一卓越的灵敏度使其能够探测极小的温度变化。正温度系数（PTC）热敏电阻一般都是由BaTiO3材料添加少量的稀土元素经高温烧结的敏感陶瓷制成的，这种材料在温度上升到居里温度点时，其阻值会以指数形式陡然增加，通常阻值-温度变化率在20~40%之间。前者大量使用在镍镉、镍氢及锂电池的快速充电、液晶显示器（LCD）图像对比度调节、蜂窝式电话和移动通信系统中大量采用使用的温度补偿型晶体振荡器等中，来进行温度补偿，以保证器件性能稳定；此外还在计算机中的微电机、照相机镜头聚焦电机、打印机的打印头、软盘的伺服控制器和袖珍播放机的驱动器等中，发现它的身影。后者可以用于过流保护、发热器、彩电和监视器的消磁、袖珍压缩机电机的启动延迟、防止笔记本电脑常效应管（FET）的热击穿等。

为了保证信息运行的通畅，还有许多材料在默默地作着贡献，例如，用于制作绿色电池的材料有：镍氢电池的正、负极材料用MH合金和Ni(OH)2材料、锂离子电池的正、负极用LiCoO2、LiMn2O4和MCMB碳材料等电极材料；移动电话、PC机以及诸如数码相机、MD播放机/录音机、DVD设备和游戏机等数字音/视频设备等中钽电容器所用材料；现代永磁材料Fe14Nd2B在制造永磁电极、磁性轴承、耳机及微波装置等方面有十分重要的用途；印刷电路板（PCB）及超薄高、低介电损耗的新型覆铜板（CCL）用材料；环氧模塑料、氧化铝和氮化铝陶瓷是半导体和集成电路芯片的封装材料；集成电路用关键结构与工艺辅助材料（高纯试剂、特种气体、塑封料、引线框架材料等），不一而足，这些在浩瀚的材料世界里星光灿烂的新材料，正在数字生活里发挥着不可或缺的作用。

随着科技的发展，大规模集成电路将迎来深亚微米（0.1mm）硅微电子技术时代，小于0.1mm的线条就属于纳米范畴，它的线宽就已与电子的德布罗意数相近，电子在器件内部的输运散射也将呈现量子化特性，因而器件的设计将面临一系列来自器件工作原理和工艺技术的棘手问题，导致常说的硅微电子技术的“极限”。由于光子的速度比电子速度快得多，光的频率比无线电的频率高得多，为提高传输速度和载波密度，信息的载体由电子到光子是必然趋势。目前已经发展了许多种激光晶体和光电子材料，如Nd:YAG、Nd:YLF、Ho:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YLF、Ti:Al2O3、YVO4、Nd:YVO4、Ti:Al2O3、KDP、KTP、BBO、BGO、LBO、LiNbO3、K(Ta,Nb)O3、Fe:KnBO3、BaTiO3、LAP等，所有这些材料将为以光通信、光存储、光电显示为主的光电子技术产业作出贡献。随着信息材料由电子材料、微电子材料、光电子材料向光子材料发展，将会出现单电子存储器、纳米芯片、量子计算机、全光数字计算机、超导电脑、化学电脑、生物电脑和神经电脑等纳米电脑，将会极大地影响着人类的数字生活。

本世纪以来，以数字化通信（Digital Communication）、数字化交换（Digital Switching）、数字化处理（Digital Processing）技术为主的数字化生活（Digital Life）正在向我们招手，一步步地向我们走来——清晨，MP3音箱播放出悦耳的晨曲，催我们按时起床；上班途中，打开随身携带的笔记本电脑，进行新一天的工作安排；上班以后，通过互联网召开网络会议、开展远程教学和实时办公；在下班之前，我们远程启动家里的空调和湿度调节器，保证家中室温适宜；下班途中，打开手机，悠然自在观看精彩的影视节目；进家门前，我们接收网上订购的货物；回到家中，和有线电视台进行互动，观看和下载喜欢的影视节目和歌曲，制作多媒体，也可进入社区互联网，上网浏览新闻了解天气……这一切看上去是不是很奇妙？似乎遥不可及。其实它正在和将要发生在我们身边，随着新一代家用电脑和互联网的出现，如此美好数字生活将成为现实。当享受数字生活的同时，饮水思源，请不要忘记为此作出巨大贡献的功臣——绚丽多彩的新材料世界！

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