半導體(ti) 製冷片（TE）也叫熱電製冷片，是一種熱泵，它的優(you) 點是沒有滑動部件，應用在一些空間受到限製，可靠性要求高，無製冷劑汙染的場合。

　　半導體(ti) 製冷片的工作運轉是用直流電流，它既可製冷又可加熱，通過改變直流電流的極性來決(jue) 定在同一製冷片上實現製冷或加熱，這個(ge) 效果的產(chan) 生就是通過熱電的原理，以下的圖就是一個(ge) 單片的製冷片，它由兩(liang) 片陶瓷片組成，其中間有N型和P型的半導體(ti) 材料（碲化鉍），這個(ge) 半導體(ti) 元件在電路上是用串聯形式連結組成

　　在原理上，半導體(ti) 製冷片是一個(ge) 熱傳(chuan) 遞的工具。當一塊N型半導體(ti) 材料和一塊P型半導體(ti) 材料聯結成的熱電偶對中有電流通過時，兩(liang) 端之間就會(hui) 產(chan) 生熱量轉移，熱量就會(hui) 從(cong) 一端轉移到另一端，從(cong) 而產(chan) 生溫差形成冷熱端。但是半導體(ti) 自身存在電阻當電流經過半導體(ti) 時就會(hui) 產(chan) 生熱量，從(cong) 而會(hui) 影響熱傳(chuan) 遞。而且兩(liang) 個(ge) 極板之間的熱量也會(hui) 通過空氣和半導體(ti) 材料自身進行逆向熱傳(chuan) 遞。當冷熱端達到一定溫差，這兩(liang) 種熱傳(chuan) 遞的量相等時，就會(hui) 達到一個(ge) 平衡點，正逆向熱傳(chuan) 遞相互抵消。此時冷熱端的溫度就不會(hui) 繼續發生變化。為(wei) 了達到更低的溫度，可以采取散熱等方式降低熱端的溫度來實現。

　　風扇以及散熱片的作用主要是為(wei) 製冷片的熱端散熱。通常半導體(ti) 製冷片冷熱端的溫差可以達到40～65度之間，如果通過主動散熱的方式來降低熱端溫度，那冷端溫度也會(hui) 相應的下降，從(cong) 而達到更低的溫度。

　　1.N型半導體

　　在本征半導體(ti) 中摻入五價(jia) 雜質元素，例如磷，可形成N型半導體(ti) ，也稱電子型半導體(ti) 。

　　因五價(jia) 雜質原子中隻有四個(ge) 價(jia) 電子能與(yu) 周圍四個(ge) 半導體(ti) 原子中的價(jia) 電子形成共價(jia) 鍵，而多餘(yu) 的一個(ge) 價(jia) 電子因無共價(jia) 鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導體(ti) 中自由電子是多數載流子，它主要由雜質原子提供;空穴是少數載流子， 由熱激發形成。

　　提供自由電子的五價(jia) 雜質原子因帶正電荷而成為(wei) 正離子，因此五價(jia) 雜質原子也稱為(wei) 施主雜質。

　　2.P型半導體

　　在本征半導體(ti) 中摻入三價(jia) 雜質元素，如硼、镓、銦等形成了P型半導體(ti) ，也稱為(wei) 空穴型半導體(ti) 。

　　因三價(jia) 雜質原子在與(yu) 矽原子形成共價(jia) 鍵時，缺少一個(ge) 價(jia) 電子而在共價(jia) 鍵中留下一空穴。P型半導體(ti) 中空穴是多數載流子，主要由摻雜形成;電子是少數載流子，由熱激發形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質原子成為(wei) 負離子。三價(jia) 雜質因而也稱為(wei) 受主雜質。

　　3.PN結

　　在一塊本征半導體(ti) 的兩(liang) 側(ce) 通過擴散不同的雜質，分別形成N型半導體(ti) 和P型半導體(ti) 。此時將在N型半導體(ti) 和P型半導體(ti) 的結合麵上形成如下物理過程：

　　因濃度差

　　↓

　　多子的擴散運動®由雜質離子形成空間電荷區

　　↓

　　空間電荷區形成形成內(nei) 電場

　　↓ ↓

　　內(nei) 電場促使少子漂移 內(nei) 電場阻止多子擴散

　　最後，多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。在P型半導體(ti) 和N型半導體(ti) 的結合麵兩(liang) 側(ce) ，留下離子薄層，這個(ge) 離子薄層形成的空間電荷區稱為(wei) PN結。PN結的內(nei) 電場方向由N區指向P區。

　　外加的正向電壓有一部分降落在PN結區，方向與(yu) PN結內(nei) 電場方向相反，削弱了內(nei) 電場。於(yu) 是，內(nei) 電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大於(yu) 漂移電流，可忽略漂移電流的影響。而實際上電子在通過電場後勢能產(chan) 生變化，能量轉換為(wei) 各種形勢的表現，而熱量的吸收與(yu) 散發都是其表現的一個(ge) 方麵。而半導體(ti) 製冷片的工作原理實際上就是通過定向電流將熱能定向搬運的過程。

　　半導體製冷片的散熱方式

　　半導體(ti) 製冷片件的散熱是一門專(zhuan) 業(ye) 技術，也是半導體(ti) 製冷片件能否長期運行的基礎。良好的散熱才能獲得最低冷端溫度的先決(jue) 條件。以下就是半導體(ti) 製冷片的幾種散熱方式：

　　1、 自然散熱。

　　采用導熱較好的材料，紫銅鋁材料做成各種散熱片，在靜止的空氣中自由的散發熱量，使用方便，缺點是體(ti) 積太大。

　　2、 充液散熱。

　　用較好的散熱材料做成水箱，用通液體(ti) 或通水的方法降溫。缺點是用水不方便，浪廢太大，優(you) 點是體(ti) 積小，散熱效果最好。

　　3、 強迫風冷散熱。

　　工作氣氛為(wei) 流動空氣，散熱片所用的材料和自然散熱片相同，使用方便，體(ti) 積比自然冷卻的小，缺點是增加一個(ge) 風機出現噪音。

　　4、 真空潛熱散熱。

　　最常用的就是“熱管”散熱片，它是利用蒸發潛熱快速傳(chuan) 遞熱容量。

　　簡單的散熱方法如下：

　　1、像CPU散熱器那樣，風扇裝在散熱片中間，風扇向外抽風。

　　2、在散熱片上設置風道。

　　3、可以水冷。

　　製冷片的技術應用

　　半導體(ti) 製冷片作為(wei) 特種冷源，在技術應用上具有以下的優(you) 點和特點：

　　1、不需要任何製冷劑，可連續工作，沒有汙染源沒有旋轉部件，不會(hui) 產(chan) 生回轉效應，沒有滑動部件是一種固體(ti) 片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。

　　2、半導體(ti) 製冷片具有兩(liang) 種功能，既能製冷，又能加熱，製冷效率一般不高，但製熱效率很高，永遠大於(yu) 1。因此使用一個(ge) 片件就可以代替分立的加熱係統和製冷係統。

　　3、半導體(ti) 製冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控製，可實現高精度的溫度控製，再加上溫度檢測和控製手段，很容易實現遙控、程控、計算機控製，便於(yu) 組成自動控製係統。

　　4、 半導體(ti) 製冷片熱慣性非常小，製冷製熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鍾，製冷片就能達到最大溫差。

　　5、 半導體(ti) 製冷片的反向使用就是溫差發電，半導體(ti) 製冷片一般適用於(yu) 中低溫區發電。

　　6、半導體(ti) 製冷片的單個(ge) 製冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、並聯的方法組合成製冷係統的話，功率就可以做的很大，因此製冷功率可以做到幾毫瓦到上萬(wan) 瓦的範圍。

　　7、 半導體(ti) 製冷片的溫差範圍，從(cong) 正溫90℃到負溫度130℃都可以實現。

　　通過以上分析，半導體(ti) 溫差電片件應用範圍有：製冷、加熱、發電，製冷和加熱應用比較普遍，有以下幾個(ge) 方麵：

　　1、 軍(jun) 事方麵：導彈、雷達、潛艇等方麵的紅外線探測、導行係統。

　　2、 醫療方麵；冷力、冷合、白內(nei) 障摘除片、血液分析儀(yi) 等。

　　3、 實驗室裝置方麵：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。

　　4、 專(zhuan) 用裝置方麵：石油產(chan) 品低溫測試儀(yi) 、生化產(chan) 品低溫測試儀(yi) 、細菌培養(yang) 箱、恒溫顯影槽、電腦等。

　　5、 日常生活方麵：空調、冷熱兩(liang) 用箱、飲水機、電子信箱等。此外，還有其它方麵的應用，這裏就不一一提了。