半導(dǎo)體制冷片（TE）也叫熱電制冷片，是一種熱泵，它的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有滑動(dòng)部件，應(yīng)用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無(wú)制冷劑污染的場(chǎng)合。

　　半導(dǎo)體制冷片的工作運(yùn)轉(zhuǎn)是用直流電流，它既可制冷又可加熱，通過(guò)改變直流電流的極性來(lái)決定在同一制冷片上實(shí)現(xiàn)制冷或加熱，這個(gè)效果的產(chǎn)生就是通過(guò)熱電的原理，以下的圖就是一個(gè)單片的制冷片，它由兩片陶瓷片組成，其中間有N型和P型的半導(dǎo)體材料（碲化鉍），這個(gè)半導(dǎo)體元件在電路上是用串聯(lián)形式連結(jié)組成

　　在原理上，半導(dǎo)體制冷片是一個(gè)熱傳遞的工具。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成的熱電偶對(duì)中有電流通過(guò)時(shí)，兩端之間就會(huì)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，熱量就會(huì)從一端轉(zhuǎn)移到另一端，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端。但是半導(dǎo)體自身存在電阻當(dāng)電流經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱量，從而會(huì)影響熱傳遞。而且兩個(gè)極板之間的熱量也會(huì)通過(guò)空氣和半導(dǎo)體材料自身進(jìn)行逆向熱傳遞。當(dāng)冷熱端達(dá)到一定溫差，這兩種熱傳遞的量相等時(shí)，就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，正逆向熱傳遞相互抵消。此時(shí)冷熱端的溫度就不會(huì)繼續(xù)發(fā)生變化。為了達(dá)到更低的溫度，可以采取散熱等方式降低熱端的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　風(fēng)扇以及散熱片的作用主要是為制冷片的熱端散熱。通常半導(dǎo)體制冷片冷熱端的溫差可以達(dá)到40～65度之間，如果通過(guò)主動(dòng)散熱的方式來(lái)降低熱端溫度，那冷端溫度也會(huì)相應(yīng)的下降，從而達(dá)到更低的溫度。

　　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)。

　　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。

　　半導(dǎo)體制冷片的散熱方式

　　半導(dǎo)體制冷片件的散熱是一門專業(yè)技術(shù)，也是半導(dǎo)體制冷片件能否長(zhǎng)期運(yùn)行的基礎(chǔ)。良好的散熱才能獲得最低冷端溫度的先決條件。以下就是半導(dǎo)體制冷片的幾種散熱方式：

　　1、 自然散熱。

　　采用導(dǎo)熱較好的材料，紫銅鋁材料做成各種散熱片，在靜止的空氣中自由的散發(fā)熱量，使用方便，缺點(diǎn)是體積太大。

　　2、 充液散熱。

　　用較好的散熱材料做成水箱，用通液體或通水的方法降溫。缺點(diǎn)是用水不方便，浪廢太大，優(yōu)點(diǎn)是體積小，散熱效果最好。

　　3、 強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。

　　工作氣氛為流動(dòng)空氣，散熱片所用的材料和自然散熱片相同，使用方便，體積比自然冷卻的小，缺點(diǎn)是增加一個(gè)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)噪音。

　　4、 真空潛熱散熱。

　　最常用的就是“熱管”散熱片，它是利用蒸發(fā)潛熱快速傳遞熱容量。

　　簡(jiǎn)單的散熱方法如下：

　　1、像CPU散熱器那樣，風(fēng)扇裝在散熱片中間，風(fēng)扇向外抽風(fēng)。

　　2、在散熱片上設(shè)置風(fēng)道。

　　3、可以水冷。

　　制冷片的技術(shù)應(yīng)用

　　半導(dǎo)體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：

　　1、不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒(méi)有污染源沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒(méi)有滑動(dòng)部件是一種固體片件，工作時(shí)沒(méi)有震動(dòng)、噪音、壽命長(zhǎng)，安裝容易。

　　2、半導(dǎo)體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱，制冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠(yuǎn)大于1。因此使用一個(gè)片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。

　　3、半導(dǎo)體制冷片是電流換能型片件，通過(guò)輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測(cè)和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計(jì)算機(jī)控制，便于組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　4、 半導(dǎo)體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時(shí)間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達(dá)到最大溫差。

　　5、 半導(dǎo)體制冷片的反向使用就是溫差發(fā)電，半導(dǎo)體制冷片一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。

　　6、半導(dǎo)體制冷片的單個(gè)制冷元件對(duì)的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬(wàn)瓦的范圍。

　　7、 半導(dǎo)體制冷片的溫差范圍，從正溫90℃到負(fù)溫度130℃都可以實(shí)現(xiàn)。

　　通過(guò)以上分析，半導(dǎo)體溫差電片件應(yīng)用范圍有：制冷、加熱、發(fā)電，制冷和加熱應(yīng)用比較普遍，有以下幾個(gè)方面：

　　1、 軍事方面：導(dǎo)彈、雷達(dá)、潛艇等方面的紅外線探測(cè)、導(dǎo)行系統(tǒng)。

　　2、 醫(yī)療方面；冷力、冷合、白內(nèi)障摘除片、血液分析儀等。

　　3、 實(shí)驗(yàn)室裝置方面：冷阱、冷箱、冷槽、電子低溫測(cè)試裝置、各種恒溫、高低溫實(shí)驗(yàn)儀片。

　　4、 專用裝置方面：石油產(chǎn)品低溫測(cè)試儀、生化產(chǎn)品低溫測(cè)試儀、細(xì)菌培養(yǎng)箱、恒溫顯影槽、電腦等。

　　5、 日常生活方面：空調(diào)、冷熱兩用箱、飲水機(jī)、電子信箱等。此外，還有其它方面的應(yīng)用，這里就不一一提了。