本文对半导体制冷材料热电的制冷特点、热电效应以及制冷原理进行了分析。
材料的制冷原理。对于半导体热电偶，现象特别显著。当电流方向由P→N 时， P 型半导体中的空穴和N 型半导体中的自由电子相向向接头处运动。在接头处，N 型半导体导带内的自由电子将通过接触面进入P 型半导体的导带。这时自由电子的运动方向是与接触电位差一致的， 这相当于金属热电偶冷端的情况， 当自由电子通过接头时将吸收热量。但是， 进入P 型半导体导带的自由电子立刻与满带中的空穴复合， 它们的能量转变为热量从接头处放出。由于这部分能量大大超过它们为了克服接触电位差所吸收的能量， 抵消一部分之后还是呈现放热。同样， P 型半导体满带中的空穴将通过接触面进入N 型半导体的满带， 也同样要克服接触电位差而吸热。由于进入N 型半导体满带的空穴立刻与导带中的自由电子复合， 它们的能量变为热量从接头处放出， 这部分热量也大大超过克服接触电位差所吸收的能量， 一部分抵消后还是放热， 其结果， 接头处温度升高而成为热端， 并要向外界放热。
当电流方向是由N→P 时， P 型半导体中的空穴和N 型半导体中的自由电子作离开接头的背向运动。在接头处， P型半导体满带中的电子跃入导带成为自由电子， 在满带中留下一个空穴， 即产生电子一空穴对。而新生的自由电子立刻通过接触面进入N 型半导体的导带， 这时自由电子的运动方向是与接触电位差相反的， 这相当于金属热电偶热端的情况， 电子通过接头处时放出能量。但是， 产生电子一空穴对时所吸收的能量大大超过了它们通过接头时放出的能量。同样， N 型半导体也产生电子一空穴对， 新生的空穴也立刻通过接触面进入P型半导体的满带， 产生电子一空穴对时所吸收的能量也大大超过了它们通过接头时所放出的能量。总的结果使接头处的温度下降而成为冷端， 并要从外界吸热， 即产生制冷效果。
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