《半导体温差电效应及其应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体温差电效应及其应用.pdf（2页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 程 荣龙 ( 蚌 埠 高 等 毒 j 广 2 3 3 0 3 o ) 把两种金属 A 、 B连 接起 来 ， 即可 形成 一温差 电偶或称为热 电偶 这种金属热电偶在通 常的温度 变化范围 内， 温差 电动势很小 ， 且热 电转换 的效率 极低 ， 因而作 为实用 的电力来 源是 不现实的 由于半导体研究的进展， 发现某些半导体的温 度电效应比金属更强 特 别是半 导体 器件 的珀尔帖 效应为热电之问 的转换开辟 了一个广阔的途径 1 半导体沮差电效应 a 坜姆孙效应 与金属 导体 一样 ， 若将一杂质 半导体的 两端 维 持不等的温度 和 ， 并通以电流， 此半导体除正 常发生 焦耳热外
2、， 还将吸 收或释 放一定热 量 ， 称 为 汤姆孙效应 半导体器件是吸热还是放 热 与电流 方 向有关 如果我们把一 P型半导体的一端加热维持高 温， 另一端让其冷却 ， 维持低温， 则半导体内的多数 载 流子“ 空穴 因温度不均匀会 产生扩散 这 种扩散 可等效为一非 静 电力 ， 将形成 一定 的电动 势 若作 G 2 用在单位正电荷上的非静电力为 K， 其大小与温度 的梯度成正 比 K = ( n d T d l 式中 占 ( n 为汤姆孙系数， 则电动势为 ( n， )=I d l = ( n 挚 =I ( r ) d r ， l 若通电电流方 向与电动势方 向相反 ， 相 当于 电
3、 源充电 ， 非静 电力 做 负功 ， 释放 热量 ； 反 之 ， 刚 非静 电力做 正功 ， 吸收热 量 b 珀尔 帖效应 我们知道 若把两种不同的金 属相接触 并通 以电流 ， 贝 在两金属 的接触面处产生 吸热或放 热现 象 ， 称为金属珀尔帖效应 如同金属 一样 ， 半导体 也 存在珀尔帖效应 当外加 电流通过 P型和 型半 导 体接触面时 ， 也会有吸热或放热的现象 各种波长的可见光 这样 ， 由于 黑条和 白空 对光 的 反射率不同 ， 光 电转换器接 收到 的是 与黑条 和白空 相对应的强弱不同的反射光信号 它将该反射光信 号转换成 相应的电信号输 出到放 大、 整形 电路 ，
4、由 于黑条和白空的宽度不同， 相应的电信号持续时间 长短不同 根据电信号的强弱及持续时间， 计算机 就识别了0 、 1及其它们各 自的四种组合 图 3 另外 ， 由光 电转换 器 输 出到 与条形 码 的条 和 空相对应的电信号仅为 1 0 m V左右， 不能直接使 用 ， 因而 先要将光 电转换 器输 出的 电信 号送 放大 器放大， 放大后的电信号仍然是一个模拟信号， 为 了避免 由条形码 中的癍点和污点导致错误信号 在 放大电路后须加一整形电路， 把模拟点信号转换成 数宇电信号， 以便计算机系统能准确判读条形码 条形码 技术发展很快 ， 除一维 条码 外 ， 还有二 维条码、 激光全息码
5、等 可以预见 随着自动化程度 的不断提高， 条形码将会得到更加广泛的应用 4 1 斗 维普资讯 http:/ 1 9 9 8年第 1 2 期 物理通报 科学 技术 社会 实际上， 在P型半导体内多数载流子空穴浓度 极大 ， 电子的浓度极小 ； 而 型半 导体 内多数 载流 子电子浓度极太 ， 空穴的浓度极小 当 P型和 型 半导体相接触时 ， P区的空穴 向 区扩 散 ， v区的 电子向 P 区扩散 ， 结果 在交界 面形 成一 空间 电荷 区， 即 P l Y 结 而这种多数载 流子的扩散运 动相 当于 一种非静 电力 ， 建立空 间电荷 区的 同时 ， 也形 成一 定的电动势 ， 即为珀尔
6、 帖电动势 与罚姆孙效 应类 似 ， 若电流方 向与电动势方 向一致， 相 当电源放 电， 吸收热量 ， 反之则释放热量 然而 ， 珀尔帖电动势除 与半导体材料有关外 ， 还与接触面的温度有关 2 半导体温差电偶与电热致冷 利用半导体的温差电效应， 可以用一金属片， 把 P型和 型 半导体连接起来 ， 由热搋把一端加热 维持高温， 另一端靠空气冷却维持低温。 这就掏成 了半导体温差 电偶 这种温差 电偶发电是一种 热机 ， 即在热电偶 的两端加高、 低温热源。 造成温度差， 从而使一部分 F 圈 2 个 尸型和 型 半 导体偶依次申联， 如图 2 所示， 并在上下两面都焊接导热性能很好的 氧化
7、铝薄 板 以增加 其机械强 度 3 电热致冷的应用 半导体电热致冷元 件是一种新型 的换能元件 ， 4 2 利 用半导 体较 强的珀尔 帖效 应， 加外接 电源， 结果 在低温触点吸热， 在高温触点放热 这不仅符台热 力学第一定律 ， 而且也不违反热力 学第二定律 因 为这里不是直接把热量从低温物体传递到高温物 体而不产生其他影响 近年来 ， 随着国 内外 电热致 冷应 用的增多 ， 国 内也有多个厂家生产 主要分布在哈尔滨 、 天津 、 西 安 、 抗州 、 河南 长葛等地 若该 电热制 冷装置 由两片 有 I T 对半导体偶组成的致玲元僻组成， 其使用的 环境温度低于 4 0 可达 到的
8、温度 范 围为 0 C 1 0 ， 可根据需要自己设定 当温度达到设定值时， 能自动保温， 误差在 0 2 之间 当致冷室内温度 太于所设定温度值 时 ， 加 2 4v电压 ， 快速冷却 当致 冷室内温度低于设定值时， 可由温控装置 自动切 换 ， 加以5 v的电压保温， 这样厩节省 了电能也达到 了保温的要求 这种半导体 电热致砖 装置与机 械压缩致 砖相 比， 具有以下优 点 第一 ， 无 机械传 动部 分 ， 工作 时 无振动、 无摩擦、 无噪音、 耐冲击 第二， 结构简单。 体积小 重量轻， 是机械致j 孥的几十或几百分之一 第三， 不使用液态或气态制冷剂( 工质) ， 因而不造 戚环
9、境污染 第四， 温度控制精度高， 调节元件工作 电流太z h l p 可调节致玲速度和温度 ， 温度控制精度 甚至可达 0 1 3 0 1 第五， 可靠性高， 工作寿命一般 在21 0 5 小时以上， 且维修方便 因此， 半导体电热 致持被广泛应 用于低 温麻醉 、 舰艇机房 、 坦 克驾驶 船的 降温、 电子计算机 恒温、 石英 晶体振蔼器 的恒 温、 激光器的冷却、 精密机床油箱的冷却等 总之， 随着半导体器件研究的不断进展 半 导 体电热致玲还将具有更加广阀的应用前景 参考文献 1 赵凯华 陈J ；l 谋 电磁学 ( 第二版) 高等教育出版社 2 武祝大学 电子线路( 上册 ) 高等教育 出版社 3郭拇娟 小型半导体电热制冷装置 机电工程 1 9 9 5 2 4 赵宁 电子致冷 组件 在高精度榭量 中的应用 电涮 与 议表 1 9 9 5 9 5 杨荫彪 穆之书 特种半导体器件及其应用 电子 工业 出版社 维普资讯 http:/