轻松领悟制冷原理：简析空调的半导体制冷技术

今年夏季的爆热引发了空调等制冷设备的脱销。空调的冷却装置实际上就是半导体制冷器。是在20世纪60年代出现的，经过50多年的创新和实践，终于这项制冷技术走上了历史舞台。本文就详细介绍了半导体制冷原理及发展历程。

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夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观由许多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。

n型半导体。任何物质都是由原子组成，原子是由原子核和电子组成。电子以高速度绕原子核转动，受到原子核吸引，因为受到一定的限制，所以电子只能在有限的轨道上运转，不能任意离开，而各层轨道上的电子具有不同的能量（电子势能）。离原子核最远轨道上的电子，经常可以脱离原子核吸引，而在原子之间运动，叫导体。如果电子不能脱离轨道形成自由电子，故不能参加导电，叫绝缘体。半导体导电能力介于导体与绝缘体之间，叫半导体。半导体重要的特性是在一定数量的某种杂质渗入半导体之后，不但能大大加大导电能力，而且可以根据掺入杂质的种类和数量制造出不同性质、不同用途的半导体。将一种杂质掺入半导体后，会放出自由电子，这种半导体称为n型半导体。

p型半导体，是靠“空穴”来导电。在外电场作用下“空穴”流动方向和电子流动方向相反，即“空穴”由正板流向负极，这是p型半导体原理。

载流子现象：n型半导体中的自由电子，p型半导体中的“空穴”，他们都是参与导电，统称为“载流子”，它是半导体所特有，是由于掺入杂质的结果。

半导体制冷材料：不仅需要n型和p型半导体特性，还要根据掺入的杂质改变半导体的温差电动势率，导电率和导热率使这种特殊半导体能满足制冷的材料。目前国内常用材料是以碲化铋为基体的三元固溶体合金，其中p型是bi2te3—sb2te3，n型是bi2te3—bi2se3，采用垂直区熔法提取晶体材料。