半導體製冷片工作原理

　　致冷器件是由半導體(ti) 所組成的一種冷卻裝置，隨著近代的半導體(ti) 發展才有實際的應用，也就是致冷器的發明。其工作原理是由直流電源提供電子流所需的能量，通上電源後，電子負極（-）出發，首先經過P型半導體(ti) ，於(yu) 此吸熱量，到了N型半導體(ti) ，又將熱量放出，每經過一個(ge) NP模塊，就有熱量由一邊被送到令外一邊造成溫差而形成冷熱端。冷熱端分別由兩(liang) 片陶瓷片所構成，冷端要接熱源，也就是欲冷卻之。在以往致冷器是運用在CPU的，是利用冷端麵來冷卻CPU，而熱端麵散出的熱量則必需靠風扇來排出。致冷器也應用於(yu) 做成車用冷/熱保溫箱，冷的方麵可以冷飲機，熱的方麵可以保溫熱的東(dong) 西。

　　一、半導體致冷片

　　薄而輕巧，體(ti) 積很小，不占空間，並可以攜帶，做成車用電冷/熱保溫箱，放置車上，不占空間，並可變成冰箱及保溫箱，夏天可以擺上幾瓶飲料，就可以便冰飲，在冬天就可以變成保溫箱。

　　圖（1） 致冷器件的作用原理致冷器的名稱相當多，如 PelTIer cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler （簡稱 T.E 或 T.E.C）、thermoelectric module，另外又稱為(wei) 熱幫浦 （heat pump）。

　　二、致冷器件的結構與原理

　　下圖（2）是一個(ge) 製冷器的典型結構。

　　圖（2） 致冷器的典型結構 致冷器是由許多N型和P型半導體(ti) 之顆粒互相排列而成，而NP之間以一般的導體(ti) 相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其它金屬導體(ti) ，最後由兩(liang) 片陶瓷片像夾心餅幹一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導熱良好，外觀如下圖（3）所示，看起來像三明治。

　　圖（3） 致冷器的外觀以下詳細說明N型和P型半導體(ti) 的原理：

　　三、N型半導體

　　（1） 如果在鍺或矽中均勻摻雜五價(jia) 元素，由於(yu) 價(jia) 電子間會(hui) 互相結合而形成共價(jia) 鍵，故每個(ge) 五價(jia) 元素會(hui) 與(yu) 鄰近四價(jia) 之鍺或矽原子互成一共價(jia) 鍵，而多出一個(ge) 電子來，如圖（4）所示，這就稱為(wei) N型半導體(ti) 。（N表示negaTIve，電子帶負電）

　　圖（4） N型半導體(ti)

　　（1） 由於(yu) 加入五甲元素後會(hui) 添加電子，故五價(jia) 元素又被稱為(wei) 施體(ti) 原子。

　　（2） 加入五價(jia) 元素而產(chan) 生之自由電子，在N型半導體(ti) 裏又占大多數，故稱為(wei) 多數載體(ti) （majority carriers） 。由溫度的引響所產(chan) 生之電子─電洞對是少數，所以N型半導體(ti) 中稱電洞為(wei) 少數載體(ti) （minority carriers） 。

　　四、P型半導體

　　（1） 如果在鍺或矽中均勻摻雜三價(jia) 元素，由於(yu) 價(jia) 電子間會(hui) 互相結合而形成共價(jia) 鍵，故每個(ge) 三價(jia) 元素會(hui) 與(yu) 鄰近四價(jia) 之鍺或矽原子互成一共價(jia) 鍵，而多缺少一個(ge) 電子，在原子中造成一個(ge) 空缺來，這個(ge) 空缺我們(men) 稱為(wei) 電洞，如圖（5）B 所示，加入三價(jia) 元素之半導體(ti) 就稱為(wei) P型半導體(ti) 。（P表示posiTIve，電洞視為(wei) 正電荷） 。

　　圖（5） P型半導體(ti)

　　（2） 由於(yu) 加入三價(jia) 元素後會(hui) 造成一個(ge) 空缺，故三價(jia) 元素又被稱為(wei) 受體(ti) 原子

　　（3）加入三價(jia) 元素而產(chan) 生之電洞，在P型半導體(ti) 中是多數載體(ti) 。受熱使共價(jia) 鍵破壞而產(chan) 生的電子電洞為(wei) 少數，故P型半導體(ti) 中稱電子為(wei) 少數載體(ti) 。

　　（4） 通常我們(men) 都用正電荷代表電洞。但侍體(ti) 中的原子不能移動，所以電洞（一個(ge) 空位）也應該是不能移動的。