西藏冷库设备:半导体制冷片为何不用制冷剂实现制冷?(一)
发布时间:2017-08-29 来源:本站 浏览:次
半导体制冷片,也叫热电制冷片,是由半导体所组成的一种冷库冷却装置。
它的优点是没有滑动部件,应用在一些空间受到限制,可靠性要求高,无西藏冷库制冷剂污染的场合。利用半导体材料的Peltier效应,当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时,在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量,可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术,其特点是无运动部件,可靠性也比较高。
本文着重介绍一下半导体制冷片的工作原理。
1、N型半导体
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。
在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,可形成N型半导体,也称电子型半导体。
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键,而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质。
2、P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”由正极流向负极,这是P型半导体原理。
在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓、铟等形成了P型半导体,也称为空穴型半导体。
因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时,缺少一个价电子而在共价键中留下一空穴。P型半导体中空穴是多数载流子,主要由掺杂形成;电子是少数载流子,由热激发形成。空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。
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。
3、PN结
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差
↓
多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区
↓
空间电荷区形成形成内电场
↓
内电场促使少子漂移
↓
内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧,留下离子薄层,这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。
半导体制冷片为何不用西藏冷库制冷剂实现制冷?
▲PN结加正向电压时的导电情况如图所示