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文档简介

制冷与空调

半导体制冷彭榕北京航空航天大学能源与动力工程学导体制冷的发展历史

第一个阶段是指20世纪初，塞克尔和珀尔帖先后发现温差电流现象和温度反常现象，并进行了热电发电和热电制冷的研究;第二阶段是1950s年代初期，主要是通过半导体材料的广泛应用，发现半导体材料具有良好的热电性能，并使热电效应的效率大大提高，从而使热电发电和热电制冷进入工程实践。

第三阶段是1980s年代以后，主要是努力提高半导体的热电制冷的性能，进一步开发热电制冷的应用领域。

半导体制冷片应用领域低温生物学超导技术低温外科学低温电子学通讯技术红外技术激光技术空间技术……重要应用领域半导体制冷技术首先应用于高技术领域和军事领域：对红外探测器、激光器和光电倍增管等光电器件的致冷。在夜视机载跟踪系统，舰船跟踪器和夜间观察装置上所用的硫化铅、硒化铅光电导型和光伏型HgCdTe（NMD）等红外探测单元都使用半导体制冷器冷却到190－270K或者更低的工作温度，在超导技术和潜艇上做为低温冷源，在核燃料系统最好的小型电源等。医学领域血液分析仪、药用可移动式与固定式冰箱、家用胰岛素冷却器、生物组织的实验室标本和切片及保存设备。在外科小手术中，用半导体制冷器代替氯乙烷对浅表的腔壁很薄的小脓肿施行冷冻麻醉，可以简单、安全地进行切开排脓手术。又如冷冻止血，冷冻切除白内障。医疗中的冷冻切片，体外循环热交换器，药物、血清、疫苗和血浆的低温存储，高烧病人用冷帽，炎夏用的冷枕。

半导体制冷材料的要求

材料的温差电动势要高（所选材料的函数）；材料的电阻率要低，否则电阻产生的热可能超过制冷效能；要维持冷热结点有一个大的温差，导热系数要低。半导体材料进入1970s年代，主要对下列三种准三元合金进行了大量研究：(1)不掺杂的；(2)掺杂的P型和N型；(3)掺杂硫化物的。不掺杂的准三元合金Bi2Te3－Sb2Te3－Sb2Se3常常显示P型特性，掺入适量受主杂质使之转化为N型半导体。Sb2Se3的含量在70%即成为最佳P型材料。对富有的Sb2Se3的P型三元合金来说，Te是最佳的一种添加剂。目前，比较理想的热电材料的优值系数Z=(3.4～3.6)×10-3K－1，温度范围为223～423K(-50℃～+150℃)。如果要使热电制冷的经济性达到和机械压缩式制冷一样，必须使优值系数达到13×10－3K－1。陶瓷基板材料玻璃基板金属绝缘基板氧化铝陶瓷氮化铝陶瓷氮化硅陶瓷氧化铍陶瓷陶瓷基板金属化工艺玻璃银浆烧结钼－锰粉末烧结DBC（直接覆铜法）基板直接覆铝法基板活性金属钎焊基板金属化陶瓷基板半导体制冷片制造工艺半导体单晶生长、掺杂、切片陶瓷基板金属化金属化基板表面处理模具制造半导体制冷片焊接装配

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