半導(dǎo)體的制冷過程以及原理分析

1.N型半導(dǎo)體

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

因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價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雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。

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2.P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(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。

因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一空穴。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)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。

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3.PN結(jié)

在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過擴散不同的雜質(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程：

因濃度差

多子的擴散運動®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

內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場阻止多子擴散

最后，多子的擴散和少子的漂移達到動態(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)電場方向由N區(qū)指向P區(qū)。

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PN結(jié)加正向電壓時的導(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)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是，內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。而實際上電子在通過電場后勢能產(chǎn)生變化，能量轉(zhuǎn)換為各種形勢的表現(xiàn)，而熱量的吸收與散發(fā)都是其表現(xiàn)的一個方面。而半導(dǎo)體制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。

總結(jié)：

通過上述大家應(yīng)該已經(jīng)比較清晰的了解了半導(dǎo)體的制冷過程以及原理，實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。在應(yīng)用于CPU散熱器的設(shè)計中，制冷片還要應(yīng)付更多的問題，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)用似乎有點超前了。