什么是半导体制冷？

导语：半导体这个东西对于大家来说肯能是比较陌生的，因为半导体是一种科研上用的东西，在我们日常生活中是比较少见的。我们日常生活中见到的主要是一些半导体制作的产品，比如说我们常用的半导体收音机以及半导体制作的其他的一些产品。最近几年来，随着科技的发展，人们又将半导体用于了制冷技术。那么到底什么是半导体呢?半导体制冷技术究竟是什么样的呢,它的工作原理是什么样的呢?今天小编就来给大家简单的介绍一下什么是半导体以及什么是半导体制冷技术。

什么是半导体：

要想很好的了解什么是半导体制冷技术，首先就必须要明确半导体的概念，也就是要知道什么是半导体以及和半导体相关的一些信息。半导体中的导指的就是是否导电的意思。半导体指的就是在平常的温度下，在导体和绝缘体之间的材料。半导体既不是导体又是绝缘体，而是介于二者之间的一种神奇的材料。半导体的最大的优点就是它的导电性可以受到人们的控制，人们只要改变温度就可以改变半导体的导电性，这就是人们青睐半导体的原因之一。

半导体制冷：

半导体因为它的独特的优点，所以它的作用是非常大的，而且它的用途非常广泛。半导体用于制冷就是近几年来人们开发利用半导体的一个很好的例子。半导体材料在最近几年里呈现出了迅速发展的趋势，所以各国科研部门都在加大对于半导体制冷技术的研究。半导体制冷其实是一种热电制冷，因为热电器本来就是一种半导体，所以人们把它叫做半导体制冷器。半导体制冷器的制冷效果是非常好的，所以一直是人们青睐的对象。

半导体制冷的应用：

既然半导体制冷器有这么好的效果，这么多的优点，那么半导体制冷技术都会应用到那些领域呢?接下来小编介绍一下。一般来说半导体的应用领域主要有农业领域、医疗领域以及日常生活等方面。农业方面主要是用来给温室大棚控制温度医疗方面主要是用来研究一些新的技术日常主要是用来给家用电器降温。

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以上就是小编今天为大家介绍的关于半导体以及半导体制冷的一些介绍。如果大家对半导体制冷感兴趣的话，可以了解一下具体的内容。

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半导体制冷又称温差电制冷、或热电制冷。是未来电冰箱制冷技术发展的一个方向。半导体制冷是利用特种半导体材料，制成制冷器件，通电后直接制冷，因此得名半导体制冷。

用两种不同金属组成一对热电偶，当在热电偶中通以直流电流时，将在电偶的不同结点处，产生吸热和放热现象，这种现象称为珀尔帖效应。

利用珀尔帖效应制成的半导体制冷器的电偶，是由一种特制的N型和P型半导体组成的。N型半导体是靠电子导电的，而P型半导体是靠所谓“空穴”来导电的。

不论N型半导体中的自由电子，还是P型半导体中的空穴，它们都参与导电，统称为“载流子”，由“载流子”导电的现象，是半导体所特有的。

半导体制冷原理是把一个P型半导体和一个N型半导体，用铜连接片焊接而成电偶对，如图2-7所示。当直流电流从N型半导体流向P型半导体时，则在2、3端的铜连接片上产生吸热现象，此端称为冷端；而在1、4端的铜连接片上产生放热现象，此端称为热端。如果电流方向反过来，则冷、热端将互换。

图2-7 半导体制冷器电偶对的工作原理

当这个制冷器件中通入一定数量的直流电时，冷端会逐渐冷却下来，并出现结霜；而热端的温度逐渐升高，并向周围环境放热。载流子在金属和半导体中的势能大小是不同的，所以载流子在流过结点时，必然会引起能量的传递。当电流的极性如图2-7所示，电子从电源负极出发经金属片—结点4—P型半导体—结点3—金属片—结点2—N型半导体—结点1—金属片，回到电源正极。由于左半部是P型半导体，导电方式是空穴型的，空穴的流动方向与电子流动方向相反。所以空穴是从金属片—结点3—P型半导体—结点4—金属片，回到电源负极。

空穴在金属中具有的能量、低于在P型半导体中空穴所具有的能量：当空穴在电场作用下，由金属片通过结点3到达P型半导体时，必须增加一部分能量，但空穴本身是无法增加能量的，只有从金属片中吸收能量、并把这部分热能转变为空穴的势能，因此，在结点3处的金属片被冷却下来。当空穴沿P型半导体通向结点4流向金属片时，由于P型半导体中空穴能量大于金属中空穴的能量，因而要释放出多余的势能，并将其以热能的形式放出来，所以结点4处的金属被加热。

图2-7中右半部是N型半导体与金属的联结，是靠自由电子导电的，而电子在金属中的势能低于N型半导体中电子的势能。在电场作用下，电子从金属中通过结点2到达N型半导体时，必然要增加势能，这部分势能也只能从金属片的热能取得，因此使结点2处的金属片“冷却”下来。当电子从N型半导体经过结点1流向金属片时，因电子是由势能较高的地方流向势能较低的地方，故释放出多余的势能，并将其变成热能，使结点1处的金属片加热，这样上部的金属片被冷却下来，成为冷端；而下部的两个联接片均放出热量，成为热端。

当电源正负极性调换时，因电子空穴的流动方向将与上述相反，故冷热端将互换。

综上所述，半导体制冷的吸热和放热是由载流子（电子和空穴）流过结点时，由势能的变化而引起能量的传递，这就是半导体制冷的本质。

由于一个电偶对产生的热电效应较小（一般约为1.163W左右，视元件的尺寸大小而异），所以实际应用时是将数十个电偶对串联起来，将冷端放在一起，热端放在一起，称为热电堆，将热电堆和热交换器用焊接方式连接起来制成半导体制冷器，如图2-8所示。其特点是结合强度高、接触热阻小，适用于热流密度较大的情况。为了保持电绝缘，在热电堆和热交换器之间用金属化瓷片材料进行绝缘。

图2-8 半导体制冷器的热电堆

我国目前应用的制冷半导体材料，多数是以碲化铋为基体的三元固熔体合金，其中P型材料是Bi2Te3-Sb2Te3；N型材料是Bi2Te3-Bi2Se3。由于半导体材料性能的限制，目前半导体制冷的效率比一般压缩式要低，耗电量约大1倍。但在几十瓦小能量的情况下，由于半导体制冷器的效率与能量大小无关，故对微小型制冷装置，反而比压缩式经济。此外由于半导体制冷器必需使用直流电源，价格贵，使它的应用受到一定的限制。

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