半導體制冷片工作原理

　　致冷器件是由半導體所組成的一種冷卻裝置，隨著近代的半導體發展才有實際的應用，也就是致冷器的發明。其工作原理是由直流電源提供電子流所需的能量，通上電源后，電子負極（-）出發，首先經過P型半導體，于此吸熱量，到了N型半導體，又將熱量放出，每經過一個NP模塊，就有熱量由一邊被送到令外一邊造成溫差而形成冷熱端。冷熱端分別由兩片陶瓷片所構成，冷端要接熱源，也就是欲冷卻之。在以往致冷器是運用在CPU的，是利用冷端面來冷卻CPU，而熱端面散出的熱量則必需靠風扇來排出。致冷器也應用于做成車用冷/熱保溫箱，冷的方面可以冷飲機，熱的方面可以保溫熱的東西。

　　一、半導體致冷片

　　薄而輕巧，體積很小，不占空間，并可以攜帶，做成車用電冷/熱保溫箱，放置車上，不占空間，并可變成冰箱及保溫箱，夏天可以擺上幾瓶飲料，就可以便冰飲，在冬天就可以變成保溫箱。

　　圖（1） 致冷器件的作用原理致冷器的名稱相當多，如 Peltier cooler、thermoelectric、thermoelectric cooler （簡稱 T.E 或 T.E.C）、thermoelectric module，另外又稱為熱幫浦 （heat pump）。

　　二、致冷器件的結構與原理

　　下圖（2）是一個制冷器的典型結構。

　　圖（2） 致冷器的典型結構 致冷器是由許多N型和P型半導體之顆粒互相排列而成，而NP之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其它金屬導體，最后由兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導熱良好，外觀如下圖（3）所示，看起來像三明治。

　　圖（3） 致冷器的外觀以下詳細說明N型和P型半導體的原理：

　　三、N型半導體

　　（1） 如果在鍺或硅中均勻摻雜五價元素，由于價電子間會互相結合而形成共價鍵，故每個五價元素會與鄰近四價之鍺或硅原子互成一共價鍵，而多出一個電子來，如圖（4）所示，這就稱為N型半導體。（N表示negative，電子帶負電）

　　圖（4） N型半導體

　　（1） 由于加入五甲元素后會添加電子，故五價元素又被稱為施體原子。

　　（2） 加入五價元素而產生之自由電子，在N型半導體里又占大多數，故稱為多數載體（majority carriers） 。由溫度的引響所產生之電子─電洞對是少數，所以N型半導體中稱電洞為少數載體（minority carriers） 。

　　四、P型半導體

　　（1） 如果在鍺或硅中均勻摻雜三價元素，由于價電子間會互相結合而形成共價鍵，故每個三價元素會與鄰近四價之鍺或硅原子互成一共價鍵，而多缺少一個電子，在原子中造成一個空缺來，這個空缺我們稱為電洞，如圖（5）B 所示，加入三價元素之半導體就稱為P型半導體。（P表示positive，電洞視為正電荷） 。

　　圖（5） P型半導體

　　（2） 由于加入三價元素后會造成一個空缺，故三價元素又被稱為受體原子

　　（3）加入三價元素而產生之電洞，在P型半導體中是多數載體。受熱使共價鍵破壞而產生的電子電洞為少數，故P型半導體中稱電子為少數載體。

　　（4） 通常我們都用正電荷代表電洞。但侍體中的原子不能移動，所以電洞（一個空位）也應該是不能移動的。