半导体制冷片工作原理
半导体制冷片工作原理
半导体制冷片工作原理 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】半导体制冷片工作原理致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用，也就是致冷器的发明。
其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。
冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。
在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。
致冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。
半导体致冷器的历史致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect 可追溯到19世纪。
下图(1)是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，A 点的热量被移到B点，导致A点温度降低，B点温度升高，这就是着名的Peltier effect。
这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。
到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeaNPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。
一、因半导体致冷片薄而轻巧，体积很小，不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱，放置车上，不占空间，并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮，在冬天就可以变成保温箱。
图(1) 致冷器件的作用原理致冷器的名称相当多，如 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler (简称或、thermoelectric module，另外又称为热帮浦 (heat pump)。
半导体制冷片工作原理 电路
半导体制冷片工作原理电路
半导体制冷片工作原理电路
本文介绍了半导体制冷片的工作原理及其关联的电路。
一、原理
半导体制冷片是一种制冷片，其工作原理是将一定量的电源转换成可以使热耦合物排出的热能。
半导体制冷片有两种工作模式，即自动模式和手动模式，在这两种模式下，工作原理是一样的。
1、自动模式
在自动模式下，半导体制冷片是依靠电子控制系统来控制它的工作，它可以根据温度传感器获取的信息自动调节它的芯片。
芯片与电源相连，电源通过一定的控制电路和控制器来控制电流的大小和时间。
当电流通过芯片时，芯片会发出热能，这热能会使热耦合物排出，从而达到制冷的效果。
2、手动模式
在手动模式下，半导体制冷片是通过用户控制控制板来控制其工作的，控制板上设有一个旋钮，用户可以根据实际情况调节旋钮上的时间，时间越长，则电流越大，从而控制到芯片发出的热能越大，从而达到制冷效果。
二、关联电路
1、自动模式
自动模式下的关联电路如下图所示：
2、手动模式
手动模式下的关联电路如下图所示：
综上所述，半导体制冷片的工作原理主要为将一定量的电源转换成可以使热耦合物排出的热能，在不同的工作模式下，其关联电路也有所不同。
半导体制冷片的原理
半导体制冷片的原理
半导体制冷片（也称为热电制冷片）是一种基于热电效应的制冷技术，利用半导体材料的特性实现制冷。
其工作原理如下：
1. 热电效应：根据热电效应，当两个不同材料的接触处形成一个热电偶时，当偶温度发生变化时，该热电偶会产生一种电势差，即产生电能。
2. 零点电势差：当两个材料的接触处的温度相等时，该热电偶产生的电势差为零。
因此，如果可以控制一个材料的温度较低，另一个材料的温度较高，即可产生一个零点电势差。
3. P-N 接面：半导体制冷片通常使用 P-N 接面。
P型材料富含
正电荷，N型材料富含负电荷。
当电流通过 P-N 接面时，会
发生选择性散射，将热量从一个材料传递到另一个材料。
4. 热通道和冷通道：半导体制冷片中，通过将 P-N 接面分成
两部分，形成了热通道和冷通道。
热通道与冷通道之间通过热色散效应传递热量。
5. 制冷效果：当电流通过半导体制冷片时，热通道的一侧变热，这导致热电偶的一侧产生电势差。
另一侧负责较低的温度，在这一侧产生一个较低的电势差。
这个电势差会驱动热量从热通道传递到冷通道。
这样，热能就被转换成了电能。
总结：半导体制冷片利用半导体材料的特性，通过热电效应将热量从热通道传递到冷通道，实现制冷效果。
半导体制冷片是什么原理
半导体制冷片是什么原理
半导体制冷片是一种用于制冷的技术，其原理基于半导体材料的特性和Peltier
效应。
Peltier效应是指在两种不同材料的接触面上，当通过这两种材料的电流时，会在接触面上产生冷热差异的现象。
这种现象可以用于制冷器中，将热量从一个一侧传输到另一侧，从而实现制冷效果。
半导体制冷片的核心是由一系列P型和N型半导体材料交替排列而成的热电
偶阵列。
当通过这个阵列施加电流时，P型和N型半导体之间将出现热电偶效应，即在一个端口吸收热量，另一个端口则释放热量。
通过反复循环这个过程，可以实现制冷目的。
半导体制冷片具有结构简单、体积小、无振动、绿色环保等优点，因此在一些
需要小型制冷设备的场合广泛应用。
但是，半导体制冷片效率相对较低，制冷功率有限，通常用于小型电子设备的散热。
要实现更大功率的制冷，往往需要使用其他更传统的制冷技术。
总的来说，半导体制冷片通过Peltier效应实现制冷，其结构简单，体积小，
适用于小功率制冷场合，但在大功率制冷方面仍有一定局限性。
随着科学技术的不断进步，半导体制冷技术可能会得到进一步的改进和应用。
半导体制冷是什么
半导体制冷是什么
半导体制冷是一种利用半导体材料特性实现制冷的技术。
在我们日常生活中，制冷技术被广泛应用于空调、冰箱等家用电器中，以提供舒适的生活环境。
而半导体制冷作为制冷技术的一种新兴形式，具有一些独特的优势和特点。
工作原理
半导体制冷利用半导体材料在通电时表现出的热电效应来实现制冷。
基本原理是通过施加电流，半导体材料会发生热电效应，即在材料上形成温度差，从而实现制冷效果。
这种热电效应可以按照泡利定律来理解，即在几种材料之间建立温差。
优势
相较于传统的压缩式制冷技术，半导体制冷有一些显著的优势。
首先，半导体制冷设备体积小，重量轻，可以实现微型化，适用于一些需要小型化制冷设备的应用场景。
其次，半导体制冷工作时几乎没有噪音，能够提供更加静音的制冷服务。
此外，半导体制冷设备寿命长，维护成本低，具有较高的可靠性和稳定性。
应用领域
半导体制冷技术目前在一些特定领域得到应用。
例如，医疗领域中，可以用于激光器、光电探测器等高精密仪器的制冷；在光电通信中，可用于激光器的散热；在航空航天领域，可用于卫星的冷却。
随着技术的不断进步，半导体制冷技术有望在更多领域得到广泛应用。
结语
总的来说，半导体制冷技术作为一种新兴的制冷技术，具有许多优势和潜力。
虽然目前在实际应用中受到一些限制，但随着技术的不断进步和应用领域的扩大，相信半导体制冷技术将会在未来得到更广泛的发展和应用。
半导体制冷片工作原理是什么
半导体制冷片工作原理
半导体制冷片是一种基于半导体材料电子结构特性设计的制冷装置，利用半导
体材料的热电耦效应和电冷效应实现制冷目的。
其工作原理主要依托Peltier效应，即在通过两种不同导电性材料接触时，会发生冷却或加热现象的热电效应。
Peltier效应
Peltier效应是19世纪法国物理学家皮耶特发现的一种热电现象。
当两种不同
导电性材料（一般为P型半导体和N型半导体）接触形成“电热联”时，当电流通
过这一电热联时，一个界面会吸热，而另一个则放热。
这导致一侧温度升高，一侧温度降低，即实现了制冷或加热效果。
半导体制冷片的构造
半导体制冷片通常由大量的P型和N型半导体芯片组成。
这些芯片被排列在
一起，在两端用金属片连接成电热联。
当通以电流时，不同半导体芯片之间产生的Peltier效应将其中一端冷却，另一端加热。
工作原理
半导体制冷片工作原理的关键在于Peltier效应的利用。
通过在半导体芯片间
造成电热联，利用电流通过该电热联时产生的热电效应，实现一端冷却、一端加热的效果。
这一设计使得半导体制冷片在一定条件下能够实现制冷功能。
应用领域
半导体制冷片由于工作原理简单、无机械部件、反应迅速等特点，被广泛应用
于低温环境下的电子设备散热、激光器冷却、光子探测器冷却等领域。
其小巧、静音、运行稳定等特点使其成为众多高科技设备的散热利器。
结语
半导体制冷片凭借Peltier效应的制冷原理，在现代科技发展中扮演着重要的
角色。
通过掌握其工作原理，我们能更好地理解其在制冷领域的应用，为未来的科技创新提供了新的可能性。
半导体制冷片工作原理
半导体制冷片工作原理————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：半导体制冷片工作原理致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用,也就是致冷器的发明。
其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过Ｐ型半导体,于此吸热量，到了N型半导体,又将热量放出，每经过一个NP模块,就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。
冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。
在以往致冷器是运用在CPU的,是利用冷端面来冷却CPU,而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。
致冷器也应用于做成车用冷／热保温箱,冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。
半导体致冷器的历史致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于１96０左右才出现,然而其理论基础Pｅltier effect 可追溯到1９世纪。
下图(1)是由X及Ｙ两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后,A点的热量被移到B点，导致A点温度降低,B点温度升高,这就是著名的Peｌtiｅr efｆect。
这现象最早是在1821年,由一位德国科学家ＴhｏmaｓSeebaｃk首先发现,不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。
到了1８３4年，一位法国表匠,同时也是兼职研究这现象的物理学家JeaNPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。
一、因半导体致冷片薄而轻巧,体积很小,不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱,放置车上，不占空间,并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮,在冬天就可以变成保温箱。
图(１）致冷器件的作用原理致冷器的名称相当多，如Pｅlｔier coolｅr、ther ｍoeｌectrｉc、thermoelｅctrｉc coolｅr (简称T.Ｅ或T.E.C)、thermoelｅｃｔrｉc module,另外又称为热帮浦(ｈeaｔｐump)。
半导体制冷片的原理
半导体制冷片的原理1.热电效应：热电效应是指在一些材料中，当温度差距存在时，通过该材料的两侧施加电压，会产生一种电压差。
这种效应可以通过两种现象来解释：热电冷却效应和热电发电效应。
2.热电冷却效应：当半导体材料的两侧施加正反电压时，电子从低温一侧移动到高温一侧，使得低温侧冷却，而高温侧加热。
这是因为在半导体材料中，电子在移动过程中会带走一部分热量，实现冷却效果。
3.直流热电模块：热电制冷片通常采用直流热电模块来实现冷却效果。
直流热电模块由一系列的P型和N型半导体片组成，这些片被交叉连接，在两侧分别加上正反电压。
4. Peltier效应：当电流通过热电模块时，P型材料产生热，而N型材料则会吸收热。
这是因为电流通过P型材料时，电子从低能级跃迁到高能级，释放出热量；而电流通过N型材料时，电子从高能级跃迁到低能级，吸收热量。
通过不断的热电转换，实现了对低温侧的冷却和高温侧的加热。
5.热导导率：为了提高制冷效果，热电制冷片通常采用具有高热导率的材料来制作，如硅和碲化铟。
高热导率可以增加热量的传导速度，提高制冷效果。
6.温度差限制：由于热电制冷片的制冷效果主要取决于温差，因此在实际应用中需要控制温差。
通常情况下，热电制冷片的温差较小，一般在几十摄氏度以下。
7.应用领域：热电制冷片具有体积小、重量轻、无污染、无噪音和可靠性高等特点，广泛应用于微型制冷器、电子设备冷却、激光器冷却、红外探测器等领域。
总结起来，半导体制冷片的原理是通过热电效应将电能转化为热能和冷能。
这种效应通过直流热电模块实现，利用Peltier效应将低温侧冷却和高温侧加热。
热电制冷片具有许多优点，正在逐渐应用于更多领域。
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半导体制冷片工作原理致冷器件是由半导体所组成的一种冷却装置，随着近代的半导体发展才有实际的应用，也就是致冷器的发明。
其工作原理是由直流电源提供电子流所需的能量，通上电源后，电子负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到令外一边造成温差而形成冷热端。
冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之。
在以往致冷器是运用在CPU的，是利用冷端面来冷却CPU，而热端面散出的热量则必需靠风扇来排出。
致冷器也应用于做成车用冷/热保温箱，冷的方面可以冷饮机，热的方面可以保温热的东西。
半导体致冷器的历史致冷片是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。
下图(1)是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路，通上电源之后，A点的热量被移到B点，导致A点温度降低，B点温度升高，这就是着名的Peltier effect。
这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背后真正的科学原理。
到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家JeaNPeltier，才发现背后真正的原因，这个现象直到近代随着半导体的发展才有了实际的应用，也就是「致冷器」的发明。
一、因半导体致冷片薄而轻巧，体积很小，不占空间，并可以携带，做成车用电冷/热保温箱，放置车上，不占空间，并可变成冰箱及保温箱，夏天可以摆上几瓶饮料，就可以便冰饮，在冬天就可以变成保温箱。
图(1) 致冷器件的作用原理致冷器的名称相当多，如 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler (简称或、thermoelectric module，另外又称为热帮浦 (heat pump)。
二、致冷器件的结构与原理下图(2)是一个制冷器的典型结构。
图(2) 致冷器的典型结构致冷器是由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而NP之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其它金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼干一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如下图(3)所示，看起来像三明治。
图(3) 致冷器的外观以下详细说明N型和P型半导体的原理:三、N型半导体(1) 如果在锗或硅中均匀掺杂五价元素，由于价电子间会互相结合而形成共价键，故每个五价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键，而多出一个电子来，如图(4)所示，这就称为N型半导体。
(N表示negative，电子带负电) 。
图(4) N型半导体(2) 由于加入五甲元素后会添加电子，故五价元素又被称为施体原子。
(3) 加入五价元素而产生之自由电子，在N型半导体里又占大多数，故称为多数载体(majoritycarriers) 。
由温度的引响所产生之电子─电洞对是少数，所以N型半导体中称电洞为少数载体(minority carriers) 。
四、P型半导体(1) 如果在锗或硅中均匀掺杂三价元素，由于价电子间会互相结合而形成共价键，故每个三价元素会与邻近四价之锗或硅原子互成一共价键，而多缺少一个电子，在原子中造成一个空缺来，这个空缺我们称为电洞，如图(5)B 所示，加入三价元素之半导体就称为P型半导体。
(P表示positive，电洞视为正电荷) 。
图(5) P型半导体(2) 由于加入三价元素后会造成一个空缺，故三价元素又被称为受体原子。
(3)加入三价元素而产生之电洞，在P型半导体中是多数载体。
受热使共价键破坏而产生的电子电洞为少数，故P型半导体中称电子为少数载体。
(4) 通常我们都用正电荷代表电洞。
但侍体中的原子不能移动，所以电洞(一个空位)也应该是不能移动的。
五、P-N结合(1) 当P型半导体或N型半导体被单独使用时，由于其导电力比铜、银等不良，但却比绝缘体的导电力良好，故实际上，就等于一个电阻器一样，如下图(6)所示。
图(6) P-N结合(2) 但若将数片P或N型半导体加以适当的组合，则会产生各种不同的电气特性，而使半导体零件的功能更多彩多姿。
今天我们要先看看把一块P型半导体与N型半导体结合起来的情况。
(3) 当一块P型半导体与N型半导体结合起来时，如下图所示，由于P型半导体中有很多的电洞，而N型半导体中有许多电子，所以当P-N结合起来时，结合面附近的电子会填入电洞中，P-N结合起来时，如下图(7)(a)所示。
图(7)或许你会以为N型半导体中的电子会不断的透过接合面与电洞结合，直到所有的电子或电洞消失为止。
事实上，靠近接合面的N型半导体失去了电子后就变成正离子，P型半导体失去了一些电洞后就变成负离子，如上图(7) (b)所示。
此时正离子会排斥电洞，负离子会排斥电子，因而阻止了电子、电洞的继续结合，而产生平衡之状态。
(4) 在P-N接合面(P-Njunction)附近没有载体(电子或电洞)，只有离子之区域称为空乏区(depletioNregion) 。
(5) 空乏区的离子所产生的阻止电子、电洞通过接合面的力量，称为障碍电位(potential barrier) 。
障碍电位视半导体的掺杂程度而定，一般而言，Ge 的P-N接合面约为~，而Si 的P-N接合面约为~。
六、正向偏压(1) 若把电池的正端接P型半导体，而把负端接N型半导体，如下图(8)所示，则此时P-N接合面的偏压型式称为”正向偏压”。
图(8)加上正向偏压E(2) 若外加电源E 足够大而克服了障碍电位，则由于电池的正端具有吸引电子而排斥电洞的特性，电池的负端有吸引电洞而排斥电子之特性，因此N型半导体中的电子会越过P-N接合面而进入P 型半导体与电洞结合，同时，电洞也会通过接合面而进入N型半导体内与电子结合，造成很大的电流通过P-N接合面。
(3) 因为电池的负端不断的补充电子给N型半导体，电池的正端则不断的补充电洞给P型半导体，(实际上是电池的正端不断的吸出P型半导体中之电子，使P 型半导体中不断产生电洞) ，所以通过P-N 接合面的电流将持续不断。
(4) P-N接合在加上正向偏压时，所通过之电流称为正向电流(IF) 。
七、反向偏压(1) 现在如果我们把电池的正端接N而负端接P，则电子、电洞将受到E之吸引而远离接合面，空乏区增大，而不会有电子或电洞越过接合面产生接合，如下图(9)所示，此种外加电压之方式称为反向偏压。
图(9)加上反向偏压E(2) 当P-N接合面被加上反向偏压时，理想的情形应该没有反向电流(IR=0)才对，然而，由于温度的引响，热能在半导体中产生了少数的电子─电洞对，而于半导体中有少数载体存在。
在P-N接合面被接上反向偏压时，N型半导体中的少数电洞和P 型半导体中的少数电子恰可以通过P-N 接合面而结合，故实际的P-N接合再加上反向偏压时，会有一”极小”之电流存在。
此电流称为漏电电流，在厂商的资料中多以IR表之。
[注] ：在实际应用时多将I R忽略,而不加以考虑。
(3) IR与反向偏压之大小无关，却与温度有关。
无论或硅，每当温度升高10℃，IR就增加为原来的两倍。
八、崩溃 (Breakdown)(1) 理想中，P-N接合加上反向偏压时，只流有一甚小且与电压无关之漏电电流IR.。
但是当我们不断把反向电压加大时，少数载体将获得足够的能量而撞击、破坏共价键，而产生大量的电子一对洞对。
此新生产之对子及电洞可从大反向偏压中获得足够的能量去破坏其它共价键，这种过程不断重复的结果，反向电流将大量增加，此种现象称为崩溃。
(2) P-N接合因被加上「过大」的反向电压而大量导电时，若不设法限制通过P-N接合之反向电流，则P-N接合将会烧毁。
九、二极管之V-1（电压-电流）特性把P-N接合体加上两根引线，并用塑料或金属壳封装起来，即成为二极管。
二极管的电路符号如图(10)(b)所示，两支引线分别称为阳极和阴极。
图(10) 二极管欲详知一个组件之特性并加以应用，较佳的方法是研究此组件之V-I（电压-电流）特性线。
下图(11)为二极管之正向特性曲线。
由特性曲线可看出二极管所加之正向偏压低于切入电压(cutiNvoltage)时，电流很小，一旦超过切入电图(11) 典型的二极管正向特性压，电流IF既急速上升（此时IF的最大值是由外部电阻R加以限制）。
硅二极管的切入电压为，锗二极管的切入电压为。
二极管流有正向电流时，其正向压降VF几乎为一定数，不易受正向电流的变化所影响，设计电路时，可以采用表(1)的数据。
表(1) 常温时二极管的正向压降注意！当温度升高的时候，二极管的正向压降VF会降低，其降低量为ΔVF = K ×ΔΔT = 温度变化量，℃K = 硅为-2 mV /℃，锗为 mV/℃由于晶体管的B-E 极间也为P-N接合，故也有负温度特性，这使得晶体管电路的性能受到温度所影响，故吾人常使用与晶体管同质料（锗或硅）的二极管作为晶体管的偏压，以使两者之△VF互相抵消。
图(12) 典型的二极管反向特性上图(12)为二极管的反向特性曲线图。
由此图可得知：(1) 未崩溃以前，反向电流IR为固定值，不随反向电压而变动。
(2) 硅之IR甚小，通常小于10μA，锗之IR则高达数百倍。
整流二极体很少以锗制造，也就是为了这个缘故。
(3) 二极管，无论锗或硅，当温度每增高10℃时，IR约升为原来的两倍。
(4) 当反向偏压达到崩溃电压VBD后，电流会迅速增加，此时必须由外加电阻R限制住IR，否则二极管会烧毁。
十、二极管的规格整流二极管之主要规格有：(1) 额定电流-以电阻为负载时，二极管所能通过的最大「平均电流」，厂商的规格表中多以IO表。
(2) 耐压-亦称为最大反向耐压(peak inverse voltage；简称PIV)，此电压乃指不令二极管产生崩溃的最大反向电压，规格表中多以VR表之。
十一、致冷晶片作工的原理以及运用实例直流电源提供了电子流动所需的能量，通上电源之后，电子由负极(-)出发，首先经过P型半导体，于此吸收热量，到了N型半导体，又将热量放出，每经过一个NP模块，就有热量由一边被送到另外一边，造成温差，而形成冷热端。
冷热端分别由两片陶瓷片所构成，冷端要接热源，也就是欲冷却之物，如CPU，而热端要接散热片风扇，将热量排出。
于各接面之间，一样要涂上散热膏，以利热量之传导。
以上就是致冷器的基本架构。
致冷器的用途很多，其中一个主要的用途就是超频，而听说现在市面上卖的车用冰热保温箱也是使用这种芯片。
目前致冷器所采用的半导体材料最主要为碲化铋(Bismuth Telluride)，加入不纯物经过处理而成N型或P型半导体，听说市面上的致冷芯片都竖外进口，并氟内制造，因为成本昂贵。