到了二十世紀五十年代隨著半導體(ti) 材料的迅猛發展，熱電製冷器才逐漸從(cong) 實驗室走向工程實踐，在國防、工業(ye) 、農(nong) 業(ye) 、醫療和日常生活等領域獲得應用，大到可以做核潛艇的空調，小到可以用來冷卻紅外線探測器的探頭，因此通常又把熱電製冷器稱為(wei) 半導體(ti) 製冷器。

半導體製冷的原理及結構

半導體(ti) 熱電偶由N型半導體(ti) 和P型半導體(ti) 組成。N型材料有多餘(yu) 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(cong) 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於(yu) 結點所消耗的能量。相反，當電子從(cong) N型流至P型材料時，結點的溫度就會(hui) 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(hui) 改變電路的特性。

這樣，半導體(ti) 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(ge) P型半導體(ti) 元件和一個(ge) N型半導體(ti) 元件聯結成一對熱電偶，接上直流電源後，在接頭處就會(hui) 產(chan) 生溫差和熱量的轉移。

在上麵的接頭處，電流方向是從(cong) N至P，溫度下降並且吸熱，這就是冷端;而在下麵的一個(ge) 接頭處，電流方向是從(cong) P至N，溫度上升並且放熱，因此是熱端。

因此是半導體(ti) 致冷片由許多N型和P型半導體(ti) 之顆粒互相排列而成，而N/P之間以一般的導體(ti) 相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導體(ti) ，最後由兩(liang) 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。

半導體製冷應用

技術領域

對紅外探測器，激光器和光電倍增管等光電器件的製冷。比如，德國Micropelt公司的半導體(ti) 製冷器占用麵積非常小，隻有1mm²，可以和激光器一起使用TO封裝。

農業領域

溫室裏麵過高或過低的溫度，都將導致秧苗壞死，尤其部分名貴植物對環境更加敏感，迫切需要將適宜的溫度檢測及控製係統應用於(yu) 現代農(nong) 業(ye) 。

醫療領域

半導體(ti) 溫控係統在醫學上的應用更為(wei) 廣泛。如：用於(yu) 蛋白質功能研究、基因擴增的高檔PCR儀(yi) 、電泳儀(yi) 及一些智能精確溫控的恒溫儀(yi) 培養(yang) 箱等；用於(yu) 開發具有特殊溫度平台的掃描探針顯微鏡等。

激光領域

激光技術用美容儀(yi) 器，微型零件加工等，其在工作中都產(chan) 生局部熱，通過半導體(ti) 製冷器，采用水冷或微型製冷器冷卻。

裝置方麵

如實驗用的顯微鏡攝像頭，冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測試裝置、各種恒溫、高低溫實驗儀(yi) 片

在日常生活

空調、冷熱兩(liang) 用箱、飲水機、電子信箱、電腦以及其他電器等。

半導體致冷特點

半導體(ti) 致冷是靠空穴和電子在運動中直接傳(chuan) 遞能量來實現的。與(yu) 蒸汽壓縮式製冷和吸收式製冷相比，它的特點主要表現在以下幾個(ge) 方麵

1）不需要製冷劑，無泄漏，無汙染;

2）無機械傳(chuan) 動部分，因此工作時無噪音、無磨損、壽命長;

3）冷卻速度和製冷溫度可以通過改變電流大小任意調節，靈活性高;

4）體(ti) 積可以做得很小。例如一個(ge) 能達到-100℃低溫的四級半導體(ti) 致冷器，其外形尺寸隻有一個(ge) 香煙盒大小。

5）製冷效率與(yu) 容量大小無關(guan) ，在製冷量極小時仍能保持較高的製冷效率。

半導體致冷缺點

作為(wei) 一種新興(xing) 技術，它在諸多方麵又有其難以克服的缺點：

電流過大（通常工作電流可達到5A甚至更高），耗電量大約是蒸汽壓縮式製冷的兩(liang) 倍，發熱量大，大容量時製冷效率太低（通常COP《1）對半導體(ti) 芯片的散熱條件要求高半導體(ti) 致冷器在製造工藝上也不太成熟。

目前，國內(nei) 外對於(yu) 便攜式製冷的研究，絕大多數仍然集中於(yu) 如何改善半導體(ti) 製冷器的工作散熱條件（例如使用渦旋換熱技術），以及如何改進半導體(ti) 芯片的生產(chan) 工藝等方麵。