半導體制冷概述
　　半導體制冷又稱溫差電制冷。熱電效應(yīng)比較顯著、半導體制冷效率比較高的半導體材料，在通過直流電時具有制冷功能，因此又稱為半導體制冷。半導體制冷器是由半導體所組成的一種制冷裝置，于1960年左右出現(xiàn)，其理論基礎(chǔ)可追溯到19世紀。
　　半導體制冷建立在熱電效應(yīng)的基礎(chǔ)上，總的熱電效應(yīng)由同時發(fā)生的五種不同效應(yīng)組成，其中塞貝克、帕爾帖和湯姆遜效應(yīng)表明熱和電能相互轉(zhuǎn)換是直接可逆的，焦耳效應(yīng)和傅立葉效應(yīng)是熱的不可逆效應(yīng)。
　　1.塞貝克效應(yīng)
　　1821年，塞貝克發(fā)現(xiàn)當兩種不同的金屬1和2組成一個閉合回路時，如果在兩金屬的接頭處溫度T1、T2不相等，則在閉合回路中將產(chǎn)生電流，其溫差電動勢E與兩接頭的溫差ΔT和金屬的溫差電動勢率α滿足下列關(guān)系，E=αΔT，這就是塞貝克效應(yīng)。
　　2.帕爾帖效應(yīng)
　　法國物理學家帕爾帖在1834年發(fā)現(xiàn)，當有外加直流電流流過由兩種不同金屬組成的閉合回路時，在兩接頭之一會有熱量Q的吸收，而在另一接頭上會有熱量Q的放出。這種吸收或放出的熱量稱為帕爾帖熱。
　　接通電源之后，冷端的熱量被移到熱端，冷端溫度降低，熱端溫度升高，這就是著名的帕爾帖效應(yīng)。這個現(xiàn)象直到近代隨著半導體的發(fā)展才有了實際的應(yīng)用，也就是半導體制冷器的發(fā)明。
　　3.湯姆遜效應(yīng)
　　帕爾帖效應(yīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)十年后，湯姆遜發(fā)現(xiàn)，當電流流過有溫度梯度ΔT/ΔX的導體時，除了產(chǎn)生與電阻有關(guān)的焦耳熱外，還要吸收或放出熱量Q，這就是湯姆遜效應(yīng)。Q稱為湯姆遜熱量，由干在半導體中這種效應(yīng)較弱，可以忽略不計。
　　4.焦耳效應(yīng)
　　單位時間內(nèi)由穩(wěn)定電流產(chǎn)生的熱量等于導體電阻和電流平方的乘積：
　　式中QJ是由焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱量，簡稱焦耳熱;I是通過導體的電流;R是導體的電阻;ρ是導體的電阻率;l是導體長度;S是導體截面積。
　　5.傅立葉效應(yīng)
　　單位時間內(nèi)經(jīng)過均勻介質(zhì)沿某一方向傳導的熱量與垂直這個方向的面積和該方向溫度梯度的乘積成正比。
　　式中：k、K分別是導體的熱導率和總熱導;Th是熱端絕對溫度;Tc是冷端絕對溫度。
　　由此可見，半導體制冷雖是以上五種效應(yīng)共同作用的結(jié)果，但起主要作用的還是帕爾帖效應(yīng)。
　二半導體制冷器的結(jié)構(gòu)
　　半導體制冷器是隨著半導體材料的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的。
　　半導體制冷器由許多N型和P型半導體顆?；ハ嗯帕卸桑鳱、P結(jié)之間以一般的導體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導體，最后由上下兩片陶瓷片夾起來，陶瓷片必須絕緣且導熱良好。
　　半導體制冷材料不僅需要具備N型和P型半導體特性，還要根據(jù)需要摻入雜質(zhì)來改變半導體的溫差電動勢率、導電率和導熱率，從而使這種特殊半導體能作為制冷的材料。目前國內(nèi)常用材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金，其中P型是Bi2Te3-Sb2Te3，N型是Bi2Te3-Bi2Se3，采用垂直區(qū)熔法提取晶體材料。
　　三半導體制冷的應(yīng)用
　　由于半導體制冷技術(shù)有其獨特的優(yōu)點，因此在科研、軍事、航空、醫(yī)療等部門具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　1.熱電空調(diào)器
　　半導體空調(diào)器特點是不用制冷劑、噪音低，改變直流電流方向可以從制冷轉(zhuǎn)到加熱工況運行，因此適用于特殊環(huán)境的空調(diào)，如不允許制冷劑泄漏的潛水艇、電子通訊車等。
　　2.熱電恒溫器
　　采用半導體制冷的恒溫器，其特點是容量小、溫度控制精度高，可在要求較高的儀表和實驗裝置中應(yīng)用。如作為半導體熱電堆測量基準的半導體零點儀、半導體恒溫水浴等，溫度控制精度可達0.01K。
　　3.半導體制冷飲水機
　　采用半導體制冷的飲水機，其特點是不用制冷劑，制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于不允許制冷劑泄漏，要求制冷器重量輕、尺寸小的各種場合使用，如波音飛機中就使用半導體制冷飲水機。
　　4.醫(yī)用半導體制冷器
　　采用半導體制冷的醫(yī)療器械，其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。如冷凍切片機、冷凍麻醉褥、白內(nèi)障摘除器、皮膚病冷療器等。
　　5.熱電除濕機
　　采用半導體制冷的空氣除濕機，不用制冷劑，噪音低，適用于特殊環(huán)境的除濕。如軍事倉庫，要求低噪音的潛水艇及不允許制冷劑泄漏的水下高壓艙等。
　　6.熱電熱泵
　　采用半導體制冷的熱泵，其特點是熱慣性小、工況轉(zhuǎn)換方便。一般的半導體空調(diào)器或半導體恒溫器均可按照熱泵工況運行。
　　半導體制冷技術(shù)正在飛速的發(fā)展，目前國內(nèi)對半導體制冷技術(shù)也有進展，已經(jīng)研制出雙內(nèi)循環(huán)儲冷式半導體交換器，它與半導體能源組件、散熱系統(tǒng)構(gòu)成一個能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。這種交換器可以方便應(yīng)用于冰箱、空調(diào)器等制冷產(chǎn)品中，是取代機械壓縮泵和氟里昂制冷劑的綠色環(huán)保產(chǎn)品。此項技術(shù)在大功率半導體制冷復合技術(shù)方面在國內(nèi)應(yīng)屬領(lǐng)先水平。而在半導體制熱效率應(yīng)用方面則率先開辟了新的領(lǐng)域。