分析半導(dǎo)體制冷片的工作原理

1.N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供;空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。

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

2.P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成了P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。

因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一空穴。P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成;電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。

3.PN結(jié)

在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程：

因濃度差

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)®由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

最后，多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面兩側(cè)，留下離子薄層，這個(gè)離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)方向由N區(qū)指向P區(qū)。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖所示。

外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)。于是，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。而實(shí)際上電子在通過(guò)電場(chǎng)后勢(shì)能產(chǎn)生變化，能量轉(zhuǎn)換為各種形勢(shì)的表現(xiàn)，而熱量的吸收與散發(fā)都是其表現(xiàn)的一個(gè)方面。而半導(dǎo)體制冷片的工作原理實(shí)際上就是通過(guò)定向電流將熱能定向搬運(yùn)的過(guò)程。

總結(jié)：

通過(guò)上述大家應(yīng)該已經(jīng)比較清晰的了解了半導(dǎo)體的制冷過(guò)程以及原理，實(shí)際上也并非很玄乎的東西，畢竟其現(xiàn)象早在19世紀(jì)就已經(jīng)被人發(fā)現(xiàn)。但是要將理論用到成品生產(chǎn)供人使用卻不是一件簡(jiǎn)單的事情，其中涉及到材料科學(xué)等更為多樣化的專業(yè)知識(shí)。在應(yīng)用于CPU散熱器的設(shè)計(jì)中，制冷片還要應(yīng)付更多的問(wèn)題，譬如溫控、除濕等。隨著技術(shù)的成熟，半導(dǎo)體制冷還是很有前途的，只是目前的應(yīng)用似乎有點(diǎn)超前了。