塞貝克效應(yīng)（SEEBECK EFFECT）
1821年，德國入賽貝克發(fā)現(xiàn)了當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體相連接時，如兩個連接點(diǎn)保持不同的溫度，則在導(dǎo)體中產(chǎn)一個溫差電動勢：
V=a△T
式中:V為溫差電動勢
a為溫差電動勢率(賽貝克系數(shù))
△T為接點(diǎn)之間的溫差
1821年，賽貝克發(fā)現(xiàn)，把兩種不同的金屬導(dǎo)體接成閉合電路時，如果把它的兩個接點(diǎn)分別置于溫度不同的兩個環(huán)境中，則電路中就會有電流產(chǎn)生。這一現(xiàn)象稱為塞貝克(Seebeck)效應(yīng)，這樣的電路叫做溫差電偶，這種情況下產(chǎn)生電流的電動勢叫做溫差電動勢。例如，鐵與銅的冷接頭為1℃，熱接頭處為100℃，則有5.2毫伏的溫差電動勢產(chǎn)生。
塞貝克效應(yīng)用途很廣泛，在生產(chǎn)、科學(xué)研究及日常生活中溫差電偶常被用來測量溫度（如冶煉及熱處理爐的高溫）、輻射強(qiáng)度、電流等物理量。
如果把若干個溫差電偶串聯(lián)起來，把奇數(shù)點(diǎn)接頭暴露于熱源，偶數(shù)接點(diǎn)固定在一個特定溫度環(huán)境中。這樣產(chǎn)生的電動勢等于各個電偶之和。這種裝置叫做溫差電堆。把奇數(shù)接頭涂黑，借以完全吸收外來的輻射（可見光、紅外線等），溫差堆的另一端（偶數(shù)接頭處）保持一定溫度，在輻射的作用下，涂黑的一端接收了輻射而溫度升高，從而產(chǎn)生溫差電動勢。
建立起溫差電動勢與輻射強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系，那么就可以利用溫度差電堆來測量輻射強(qiáng)度。如果把這種裝置放在真空中，會提高它的靈敏度。
如果把很多溫差電偶適當(dāng)聯(lián)接起來，就能構(gòu)成一個能產(chǎn)生幾伏特電動勢和幾安培電流的電池組。但是這種電池組的效率是很低的，溫差電池組是消耗熱能而產(chǎn)生電流的，其最高效率僅為0.1％，所以不能用來做電源。現(xiàn)代用半導(dǎo)體教材制成的溫差電偶的串聯(lián)起來，可以組成能供應(yīng)較大電流和電壓的半導(dǎo)體溫差發(fā)電機(jī)，足夠滿足收音機(jī)和小型電子設(shè)備的需要，有很大實(shí)用價值。
1834年帕耳貼(Peltier)發(fā)現(xiàn)了塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)，當(dāng)電流通過由兩種不同金屬相接而成的導(dǎo)體時，在兩種金屬導(dǎo)體上除了產(chǎn)生與電流方向完全無關(guān)的焦耳熱以外，還在接觸點(diǎn)發(fā)生與電流方向有關(guān)的熱量的放出或吸收。這種由于電流通過不同導(dǎo)體的接觸點(diǎn)而發(fā)生放熱或吸熱的現(xiàn)象稱為帕爾貼效應(yīng)。用半導(dǎo)體制成的帕爾貼效應(yīng)裝置具有廣闊的應(yīng)用前景。把溫差電堆的冷接點(diǎn)放在冰箱內(nèi)，熱接點(diǎn)放在箱外，并通過一定電流，則內(nèi)部冷接點(diǎn)吸收熱量再由外部熱點(diǎn)放出。這樣做成的致冷器可以獲得105℃的溫度差，而且具有耗電省，壽命長、易控制、無污染等優(yōu)點(diǎn)。如果使電流反向，結(jié)果則相反，外部接點(diǎn)變冷，內(nèi)部接點(diǎn)變熱。
珀?duì)柼?yīng)（PELTIER EFFECT）
一八三四年法國人珀?duì)柼l(fā)現(xiàn)了與塞貝克效應(yīng)的效應(yīng)，即當(dāng)電流流經(jīng)兩個不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時，接點(diǎn)處會產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定。
Qл=л.I л=aTc式中：Qπ 為放熱或吸熱功率
π為比例系數(shù)，稱為珀?duì)柼禂?shù)
I為工作電流
a為溫差電動勢率
Tc為冷接點(diǎn)溫度
湯姆遜效應(yīng) （THOMSON EFFECT）
當(dāng)電流流經(jīng)存在溫度梯度的導(dǎo)體時，除了由導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導(dǎo)體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導(dǎo)體兩點(diǎn)之間，其放熱量或吸熱量為：
Qτ=τ.I.△T
Qτ為放熱或吸熱功率
τ為湯姆遜系數(shù)
I為工作電流
△T為溫度梯度
以上的理論直到本世紀(jì)五十年代，蘇聯(lián)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所約飛院士對半導(dǎo)體進(jìn)行了大量研究，于一九五四年發(fā)表了研究成果，表明碲化鉍化合物固溶體有良好的致冷效果，這是最早的也是最重要的熱電半導(dǎo)體材料，至今還是溫差致冷中半導(dǎo)體材料的一種主要成份。
約飛的理論得到實(shí)踐應(yīng)用后，有眾多的學(xué)者進(jìn)行研究到六十年代半導(dǎo)體致冷材料的優(yōu)值系數(shù)，才達(dá)到相當(dāng)水平，得到大規(guī)模的應(yīng)用，也就是我們現(xiàn)在的半導(dǎo)體致冷器件。
中國在半導(dǎo)體致冷技術(shù)開始于50年代末60年代初，當(dāng)時在國際上也是比較早的研究單位之一，60年代中期，半導(dǎo)體材料的性能達(dá)到了國際水平，60年代末至80年代初是我國半導(dǎo)體致冷器技術(shù)發(fā)展的一個臺階。在此期間，一方面半導(dǎo)體致冷材料的優(yōu)值系數(shù)提高，另一方面拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所投入了大量的人力和物力，獲得了半導(dǎo)體致冷器，因而才有了現(xiàn)在的半導(dǎo)體致冷器的生產(chǎn)及其兩次產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。 |
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