peliter的效應！半導體致冷片、致冷模組、TE MODULE……

【專家解說】：半導體致冷器的工作原理 半導體致冷器是由半導體所組成的一種冷卻裝置，於1960左右才出現(xiàn)，然而其理論基礎Peltier effect可追溯到19世紀。如圖是由X及Y兩種不同的金屬導線所組成的封閉線路。 通上電源之后，冷端的熱量被移到熱端，導致冷端溫度降低，熱端溫度升高，這就是著名的Peltier effect。這現(xiàn)象最早是在1821年，由一位德國科學家Thomas Seeback首先發(fā)現(xiàn)，不過他當時做了錯誤的推論，并沒有領悟到背后真正的科學原理。到了1834年，一位法國表匠，同時也是兼職研究這現(xiàn)象的物理學家Jean Peltier，才發(fā)現(xiàn)背后真正的原因，這個現(xiàn)象直到近代隨著半導體的發(fā)展才有了實際的應用，也就是[致冷器]的發(fā)明(注意，這種叫致冷器，還不叫半導體致冷器) 半導體致冷法的原理以及結構： 半導體熱電偶由N型半導體和P型半導體組成。N 型材料有多余的電子，有負溫差電勢。P 型材料電子不足，有正溫差電勢；當電子從P 型穿過結點至N 型時，結點的溫度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相當于結點所消耗的能量。相反，當電子從N型流至P型材料時，結點的溫度就會升高。 直接接觸的熱電偶電路在實際應用中不可用，所以用下圖的連接方法來代替，實驗證明，在溫差電路中引入第三種材料（銅連接片和導線）不會改變電路的特性。 這樣，半導體元件可以用各種不同的連接方法來滿足使用者的要求。把一個P 型半導體元件和一個N 型半導體元件聯(lián)結成一對熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會產(chǎn)生溫差和熱量的轉移。 在上面的接頭處，電流方向是從N至P，溫度下降并且吸熱，這就是冷端；而在下面的一個接頭處，電流方向是從P至N，溫度上升并且放熱，因此是熱端。 因此是半導體致冷片由許多N型和P型半導體之顆?；ハ嗯帕卸?，而N P之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導體，最后由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導熱良好，外觀如下圖所示 N型半導體，重要的特性是在一定數(shù)量的某種雜質(zhì)滲入半導體之后，不但能大大加大導電能力，而且可以根據(jù)摻入雜質(zhì)的種類和數(shù)量制造出不同性質(zhì)、不同用途的半導體。將一種雜質(zhì)摻入半導體后，會放出自由電子，這種半導體稱為N型半導體。 P型半導體，是靠“空穴”來導電。在外電場作用下“空穴”流動方向和電子流動方向相反，即“空穴”由正板流向負極，這是P型半導體原理。 溫差發(fā)電原理 1821年，塞貝克發(fā)現(xiàn)在兩種不同金屬構成的回路中，如果兩個接頭處的溫度不同，其周圍就會出現(xiàn)磁場。進一步實驗之后，發(fā)現(xiàn)了回路中有一電動勢存在，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應或溫差電效應。 一塊導體或者半導體的兩端如果溫度不同就會產(chǎn)生溫差電動勢，稱為賽貝克效應，利用這個原理發(fā)電就叫溫差發(fā)電。 圖1為簡單的溫差發(fā)電元件（或稱溫差電池），N型半導體1和P型半導體2在一端用金屬片3連接起來，另一端接負載電阻R。當一端加熱至溫度T1，而另一端保持在溫度T0時，回路中產(chǎn)生溫差電動勢，使負載電阻上有電流I流過，根據(jù)塞貝克定律 式中α為電池兩臂溫差電動勢率之和，r為兩臂的內(nèi)阻之和。 溫差發(fā)電 r＝(ρ1/s1+ρ2/s2)l 式中ρ1、ρ2、 s1、s2分別表示兩臂的電阻率和橫截面積；l表示兩臂的長度。負載電阻上得到的功率為 溫差發(fā)電效率的定義是外電路中得到的有用電能I2R與熱源所消耗的能量之比。熱源消耗的能量包括以下幾項： ① 在熱端吸收的珀爾帖熱Q1 Q1＝α2T1(T1-T0)/(R+r) ② 由熱端傳導到冷端的熱量Qm Qm＝K(T1-T0) 式中K為熱導 K＝(λ1s1+λ2s2)/l 式中λ1、λ2分別為兩臂的熱導率。 ③ 溫差電池內(nèi)部，電流I流過所放出的焦耳熱中，有一半將轉移到熱端，因而把功率 還給熱源。 湯姆遜熱較小，可以忽略不計。在最大輸出功率條件下，即R＝r時，溫差電池的效率為 式中 稱為溫差材料的品質(zhì)因數(shù)。如果選 則得最大效率為 因此，溫差發(fā)電機的效率主要取決于熱端和冷端的溫度和溫差發(fā)電材料的品質(zhì)因數(shù)Z，Z值還強烈地依賴于溫度，因而對于不同的工作溫度需要選取不同的材料。 最早用的溫差發(fā)電材料為ZnSb合金(P型),用康銅片(N型)連接，其熱端溫度可達400 。Bi2Te3-Bi2Se3固溶體(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3固溶體在0～300 范圍內(nèi)具有較高品質(zhì)因數(shù)( ),是較好的低溫溫差發(fā)電材料。在300 到600 的中等溫區(qū),常采用PbTe或PbTe與SnTe或 PbSe的固溶體、GeTe、AgSbTe2等作溫差發(fā)電材料。600 以上的高溫發(fā)電材料有Ge-Si合金、MnTe等。人們對稀土元素的硫化物、碳硼化合物以及In-Ga-As系已作了較多的研究。 在溫差發(fā)電機中，在較大溫差下，為了使溫差電池臂的所有部分都具有較高品質(zhì)因數(shù)，可采取“分段”的辦法,處于不同溫度的電偶臂的各段,采用不同材料或不同成分。圖2a的兩段電偶臂采用不同材料。這種結構當上端溫度為550 、溫差為530 時，效率可達12％。圖2b是成分分段改變的溫差電池，當熱端溫度為1000K,冷端溫度為300K時效率可達12％～15％。 溫差發(fā)電 半導體溫差發(fā)電機無轉動部分，因而無噪聲、壽命長、工作穩(wěn)定可靠、輕便，且可利用各種能源，包括固、液、氣態(tài)燃料,太陽能、核能,以及各種設備的廢熱、余熱等，因而特別適用于軍事、勘探和邊遠地區(qū)等的小功率發(fā)電和星際航行。 80年代美國已研制成 500瓦的軍用溫差發(fā)電機。利用同位素加熱的核能溫差發(fā)電機已應用于航天。 半導體致冷片的應用領域 熱電致冷器由于它與制冷壓縮機有著不同的優(yōu)勢所以其產(chǎn)品廣泛應用于各種民用、軍用、科研等方面的小型制冷場合。 采用半導體熱電致冷器的產(chǎn)品在上世紀九十年代初期開始進行民用市場，如冷熱飲水機，化妝品儲存箱，便攜式冷藏箱（汽車冰箱），冷熱按摩器等，已引起廣大消費者的青睞。隨著半導體致冷技術水平的不斷提高，人們將熱電致冷器使用到越來越多的場合，以下列表是目前世界上熱電致冷器使用到的領域以及相關的產(chǎn)品或項目。 1、光學領域 激光器件的溫度控制 高靈敏度CCD的溫度控制 SHG激光、DWDM、光電管、高輸出LD 高溫下攝像頭的冷卻 采用微型小型致冷片 如7、17、31、49、71對系列 投影機、復印機 127對系列致冷片 2、民用領域 汽車冰箱、除濕機、小型飲料機、籠物恒溫床 127對40*40mm系列 車用冷杯、冷熱按摩器、冷帽、汽車座椅 71、127對30*30mm系列 化妝品儲存箱、冰箱、酒柜、防潮米筒 71、127對30*30mm系列 3、醫(yī)用領域 DNA擴增儀、生物試劑檢測裝置 低溫藥劑保存箱、恒溫床 冰帽、以及各種高精度的醫(yī)療儀器 恒溫呼吸機 127對系列致冷片 4、電腦領域 半導體致冷機箱、 CPU致冷風扇 127對40*40mm系列 顯卡致冷風扇、主板北橋致冷芯片 71、127對30*30mm系列 CPU測試平臺、機箱冷卻系統(tǒng) 200W以上大功率系列 5、半導體領域 冷風裝置 循環(huán)器、冷卻板 半導體測試恒溫平臺 127對系列致冷片 6、計量領域 分光光度計 色譜機 127對系列致冷片 TEC1 127 Couples TYPE COUPLES Imax (A) Umax (V) Qcmax(w) ΔT =0 ΔTmax（℃） Qc=0 DIMENSIONS (mm) R (Ω) Th=27℃ L M H TEC1-12703 127 3 15.4 26.7 68 40 40 4.92 3.42 TEC1-12704 4 35.6 68 40 40 4.54 3.02 TEC1-12705 5 44.5 68 40 40 4.20 2.40 TEC1-12706 6 53.3 68 40 40 3.82 1.98 TEC1-12707 7 62.2 68 40 40 3.80 1.70 TEC1-12708 8 71.1 68 40 40 3.80 1.50 TEC1-12709 9 80.1 68 40 40 3.37 1.36 TEC1-12710 10 88.9 67 40 40 3.30 1.08 TES1-09702 97 2 12 13.6 68 20 20 TES1-09703 3 20.4 68 20 20 TES1-09704 4 27.2 68 20 20 TES1-09705 5 33.9 68 20 20 3.25 1.90 TES1-09706 6 40.7 68 20 20 3.12 1.60 TES1-12702 127 2 15.4 18.4 68 25 25 6.80 TES1-12703 3.0 26.7 68 25 25 3.50 TES1-12704 3.9 35.6 68 25 25 3.10 TES1-12705 5 44.5 68 25 25 2.30 TES1-12702 127 2 15.4 18.4 68 30 30 3.84 6.80 TES1-12703 3.0 26.7 68 30 30 3.63 3.50 TES1-12704 3.9 35.6 68 30 30 3.20 3.10 TES1-12705 5 44.5 68 30 30 3.00 2.30 Notes: 1.The operating temperature: 125℃, 150℃, 200℃. 2.The length of lead wire could be fixed by clients, the common length is 150mm. 3.The sealing of TE modules: Unsealing, Silicon, Epoxy, the normal sealing is silicon gel. 4.Both sides of TE modules can be Lapped with high accuracy.