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半导体制冷片原理是什么?

发布日期:2020-09-24 15:59 浏览次数:

原则上,半导体制冷片只能视为传热的工具。虽然制冷片会主动为芯片散热,但它仍然需要将热端产生的热量散发到比芯片高的地方。在制冷片的操作过程中,只要冷端和热端之间存在温差,热量就通过晶格不断传递,将热量转移到热端,并通过散热设备将其消散。因此,制冷片是芯片的主动冷却装置,但它只能被视为整个系统的主动导热装置。所以带半导体散热装置的ZENO96智能散热版还是需要采取主动散热来冷却散热板的热端。风扇和散热片的作用主要是为制冷片的热端散热。通常在没有冷却装置的情况下,热端的温度会达到100度左右,很容易超过制冷片的承载极限。而且,半导体制冷效率的关键是尽快降低热端温度,以增加两端温差,提高制冷效果。因此,在热端使用大型散热片和主动冷却风扇将有助于冷却系统的出色工作。在正常使用下,冷端和热端之间的温差将保持在40到65度之间。当一片N型半导体材料和一片P型半导体材料连接形成电耦合时,在该电路中接通直流电后,可以产生能量转移。电流从N型元件流向P型元件的接头吸热,成为冷端,从P型元件的接头向N型元件放热,成为热端。吸热和放热的大小由电流的大小和半导体材料N和p的元素对数决定,下面三点是热电制冷的热电效应。

1.塞贝克效应 (seebeckeeffect)1822年,德国的Zeebek发现,当两个不同的导体连接时,如果两个连接点保持不同的温差,就会在导体中产生一个热电电动势:es=S.△T其中ES为热电电动势S为热电电动势率(Zeebek系数)△T为连接点之间的温差
       2.珀尔帖效应 (Peltier effect)1834年,法国人Peltier发现了具有塞贝克效应的效应,即当电流流过两个不同导体形成的结时,在结处会发生放热和吸热,放热或吸热的大小由电流的大小决定。Qл=л.Iл=aTc公式:Qπ是放热或吸热功率π是比例系数,称为珀耳帖系数I是工作电流A是热电电动势率Tc是冷结温度
       3.汤姆逊效应 (THOMSONEFFECT)当电流流过具有温度梯度的导体时,除了导体电阻产生的焦耳热外,导体还会散发或吸收热量。温差△T的导体两点之间,释放或吸收的热量为:Qτ=τI .△TQτ为放热或吸热功率τ为汤姆逊系数I为工作电流△T为温度梯度以上。直到20世纪50年代,苏联科学院半导体研究所岳飞院士对半导体做了大量的研究,并于1954年发表了研究成果。说明碲化铋化合物固溶体具有良好的制冷效果,是最早也是最重要的热电半导体材料,仍然是温差制冷中半导体材料的主要成分。在费的理论应用于实践之后,20世纪60年代,许多学者对半导体制冷材料的品质因数进行了研究,达到了相当的水平并得到了大规模的应用,即我国目前的半导体制冷片。中国的半导体制冷技术始于20世纪50年代末60年代初,也是当时世界上较早的研究单位之一。60年代中期,半导体材料的性能达到国际水平,60年代末至80年代初,是我国半导体制冷技术发展的一大步。在此期间,一方面提高了半导体制冷材料的品质因数,另一方面拓宽了其应用领域。

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