半导体制冷片的研究及应用-南京理工大学紫金学院物理实验中心

1、半导体制冷片的研究及应用蒋少良南京理工大学紫金学院 计算机系网络工程（2）班090602219）摘要：评述介绍了一种不同于传统制冷的半导体制冷技术的工作原理、材料特 性和制冷特点及其取代传统制冷的优势，对研制一种小型制冷装置，以解决投 影仪光源，便携冷藏/保温箱冷热饮水机等核心部件因超温睡眠而无法正常工作 的技术前景和关键问题进行了展望。关键词：半导体制冷；工作原理；投影仪；制冷系数；优值系数;semic on ductor refrigerati on piece of research and applicationjian gshaoliang(nanjing university zi

2、jin college computer department networkengineering (2) class 090602219)abstract: it introduces a kind of different from traditional refrigeration of semiconductor refrigeration technology works, material properties and refrigeration characteristics and replace traditional refrigeration advantage, to

3、 develop a small refrigeration devices to solve projectors light, portable refrigeration/hot water dispenser, etc. the incubator core components for overtemperature sleep and not work properly technical foreground and key issues are prospectedkey words: semic on ductor refrigeration, principle of wo

4、rk, projectors,refrigeration coefficient, optimal value coefficient,半导体致冷器是由半导体所组成的一种冷却装置，于1960年左右才出现, 然而其理论基础peltiereffect可追溯到19世纪。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著半导体的发展才有了实际的应用，也就是致冷 器的发明（注意，这种叫

5、致冷器，还不叫半导体致冷器）。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、铝或其他金属导体，最後由两片陶瓷片像夹心饼干一样 来，陶瓷片必须绝缘且导热良好.半导体制冷片的工作原理在原理上，半导体的制冷片只能算是一个热传递的工具，虽然制冷片 会主动为芯片散热，但依然要将热端的高于芯片的发热量散发掉。在制冷 片工作期间，只要冷热端出现温差，热量便不断地通过晶格的传递，将热 量移动到热端并通过散热设备散发出去。因此，制冷片对于芯片来说是主 动制冷的装置，而对于整个系统来说，只能算是主动的导热装置，因此， 采用半导体制冷装置的zeno96智冷版，依

6、然要釆取主动散热的方式对制 冷片的热端进行降温。2 半导体制冷片的散热方式半导体制冷片件的散热是一门专业技术，也是半导体制冷片件能否长期运行的 基础。良好的散热才能获得最低冷端温度的先决条件。1）、自然散热。采用导热较好的材料，紫铜铝材料做成各种散热片，在静止的空气中自由 的散发热量，使用方便，缺点是体积太大。2）、充液散热。用较好的散热材料做成水箱，用通液体或通水的方法降温。缺点是用水不 方便，浪废太大，优点是体积小，散热效果最好。3）、强迫风冷散热。工作气氛为流动空气，散热片所用的材料和自然散热片相同，使用方便, 体积比自然冷却的小，缺点是增加一个风机出现噪音。4）、真空潜热散热。最常用的

7、就是“热管”散热片，它是利用蒸发潜热快速传递热容量。3 制冷片的优点及特点1）、不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回 转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安 装容易。2）、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高， 但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和 制冷系统。3）皐导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的 温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制, 便于组成自动控制系统。4）、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散

8、热良好冷端 空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。5）、半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低 温区发电。6）、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的 电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功 率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。7）、半导体制冷片的温差范围，从正温90°c到负温度130°c都可以实现。通过以上分析，半导体温差电片件应用范围有：制冷、加热、发电，制冷和加iwt r.i j*- 4 制冷片的技术应用1）、军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。2）、医疗方

9、面；冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。3）、实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。4）、专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培 养箱、恒温显影槽、电脑等5 总结半导体制冷”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。当一块n 型半导体材料和一块p型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通 直流电流后，就能产生能量的转移，电流由n型元件流向p型元件的接头 吸收热量，成为冷端由p型元件流向n型元

10、件的接头释放热量，成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料n、p的元件对数来决 定。参考文献【1】周亚训，王晓东.温度和电场对a-sic： htfled发光亮度的影响j半导体光电，2000, 21(1)： 70-72.【2】徐德胜.半导体制冷与应用技术m第2版上海：上海交通大学出版社，1999.【3】吴丽清，陈金灿，严子俊.汤姆逊效应对半导体制冷器性能的影响j半导体学报，1997, 18(6)：4刘华军，李来风.半导体热电制冷材料的研究进展j低温工程，2004(1)： 32-38.【5】倪美琴，陈兴华.关注半导体制冷与发展j制冷与空调，2001(2).6孙玉龙;胡跃华;半导体制冷温度控制和温度传感器特性测量实验a;2005年全国高校非物理类专业物理教育学术研讨会论文集c;2005年7欧阳新萍;王太峰;一种新型便携式制冷保温容器的试验研究a;第五届全国低温