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。

　　一、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 T.E 或 T.E.C）、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

　　（1） 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。

　　（2） 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（majority carriers） 。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。