半導(dǎo)體制冷片工作原理

　　致冷器件是由半導(dǎo)體所組成的一種冷卻裝置，隨著近代的半導(dǎo)體發(fā)展才有實(shí)際的應(yīng)用，也就是致冷器的發(fā)明。其工作原理是由直流電源提供電子流所需的能量，通上電源后，電子負(fù)極（-）出發(fā)，首先經(jīng)過(guò)P型半導(dǎo)體，于此吸熱量，到了N型半導(dǎo)體，又將熱量放出，每經(jīng)過(guò)一個(gè)NP模塊，就有熱量由一邊被送到令外一邊造成溫差而形成冷熱端。冷熱端分別由兩片陶瓷片所構(gòu)成，冷端要接熱源，也就是欲冷卻之。在以往致冷器是運(yùn)用在CPU的，是利用冷端面來(lái)冷卻CPU，而熱端面散出的熱量則必需靠風(fēng)扇來(lái)排出。致冷器也應(yīng)用于做成車用冷/熱保溫箱，冷的方面可以冷飲機(jī)，熱的方面可以保溫?zé)岬臇|西。

　　一、半導(dǎo)體致冷片

　　薄而輕巧，體積很小，不占空間，并可以攜帶，做成車用電冷/熱保溫箱，放置車上，不占空間，并可變成冰箱及保溫箱，夏天可以擺上幾瓶飲料，就可以便冰飲，在冬天就可以變成保溫箱。

　　圖（1） 致冷器件的作用原理致冷器的名稱相當(dāng)多，如 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler （簡(jiǎn)稱 T.E 或 T.E.C）、thermoelectric module，另外又稱為熱幫浦 （heat pump）。

　　二、致冷器件的結(jié)構(gòu)與原理

　　下圖（2）是一個(gè)制冷器的典型結(jié)構(gòu)。

　　圖（2） 致冷器的典型結(jié)構(gòu) 致冷器是由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆?；ハ嗯帕卸桑鳱P之間以一般的導(dǎo)體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其它金屬導(dǎo)體，最后由兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來(lái)，陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好，外觀如下圖（3）所示，看起來(lái)像三明治。

　　圖（3） 致冷器的外觀以下詳細(xì)說(shuō)明N型和P型半導(dǎo)體的原理：

　　三、N型半導(dǎo)體

　　（1） 如果在鍺或硅中均勻摻雜五價(jià)元素，由于價(jià)電子間會(huì)互相結(jié)合而形成共價(jià)鍵，故每個(gè)五價(jià)元素會(huì)與鄰近四價(jià)之鍺或硅原子互成一共價(jià)鍵，而多出一個(gè)電子來(lái)，如圖（4）所示，這就稱為N型半導(dǎo)體。（N表示negative，電子帶負(fù)電）

　　圖（4） N型半導(dǎo)體

　?。?） 由于加入五甲元素后會(huì)添加電子，故五價(jià)元素又被稱為施體原子。

　?。?） 加入五價(jià)元素而產(chǎn)生之自由電子，在N型半導(dǎo)體里又占大多數(shù)，故稱為多數(shù)載體（majority carriers） 。由溫度的引響所產(chǎn)生之電子─電洞對(duì)是少數(shù)，所以N型半導(dǎo)體中稱電洞為少數(shù)載體（minority carriers） 。

　　四、P型半導(dǎo)體

　?。?） 如果在鍺或硅中均勻摻雜三價(jià)元素，由于價(jià)電子間會(huì)互相結(jié)合而形成共價(jià)鍵，故每個(gè)三價(jià)元素會(huì)與鄰近四價(jià)之鍺或硅原子互成一共價(jià)鍵，而多缺少一個(gè)電子，在原子中造成一個(gè)空缺來(lái)，這個(gè)空缺我們稱為電洞，如圖（5）B 所示，加入三價(jià)元素之半導(dǎo)體就稱為P型半導(dǎo)體。（P表示positive，電洞視為正電荷） 。

　　圖（5） P型半導(dǎo)體

　?。?） 由于加入三價(jià)元素后會(huì)造成一個(gè)空缺，故三價(jià)元素又被稱為受體原子

　?。?）加入三價(jià)元素而產(chǎn)生之電洞，在P型半導(dǎo)體中是多數(shù)載體。受熱使共價(jià)鍵破壞而產(chǎn)生的電子電洞為少數(shù)，故P型半導(dǎo)體中稱電子為少數(shù)載體。

　?。?） 通常我們都用正電荷代表電洞。但侍體中的原子不能移動(dòng)，所以電洞（一個(gè)空位）也應(yīng)該是不能移動(dòng)的。