半導體制冷散熱系統分析

彭強

摘 要：隨著科技的不斷發展，材料的進步對社會的變革影響很大，半導體作為電子材料，在電子領域得到了廣泛的應用。本文主要闡述半導體的概念，對半導體的性能進行分析，對幾種半導體制冷散熱系統進行分析研究，結合散熱方式的特點，設計出更加優質的半導體制冷散熱系統。

關鍵詞：半導體;制冷;散熱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.122

0 前言

隨著社會的不斷發展，半導體作為電子材料在生產生活中應用廣泛，促進了各領域的發展。我們應該對半導體材料的性能有全面的了解，這樣才能夠更好地發揮半導體材料的作用。在制冷散熱系統中，散熱效果影響著半導體制冷系統的性能，為了更好的提高制冷效果，現在多采用制冷片運用到便攜式制冷設備中。

1 半導體的概念

半導體是指在常溫下導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。半導體主要運用在收音機、電視機和測溫上。半導體是指一種導電性可控，范圍從絕緣體到導體之間的材料。從科學技術和經濟發展的角度來看，半導體影響著人們的日常工作生活，直到20世紀30年代這一材料才被學界所認可。

2 半導體材料的性能

（1）元素半導體。元素半導體是指單一元素構成的半導體，其中對硅、錫的研究比較早。它是由相同元素組成的具有半導體特性的固體材料，容易受到微量雜質和外界條件的影響而發生變化。目前，只有硅、鍺性能好，運用的比較廣，硒在電子照明和光電領域中應用。硅在半導體工業中運用的多，這主要受到二氧化硅的影響，能夠在器件制作上形成掩膜，能夠提高半導體器件的穩定性，利于自動化工業生產。

（2）無機合成物半導體。無機合成物主要是通過單一元素構成半導體材料，當然也有多種元素構成的半導體材料，主要的半導體性質有Ⅰ族與Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族;Ⅱ族與Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族;Ⅲ族與Ⅴ、Ⅵ族;Ⅳ族與Ⅳ、Ⅵ族;Ⅴ族與Ⅵ族;Ⅵ族與Ⅵ族的結合化合物，但受到元素的特性和制作方式的影響，不是所有的化合物都能夠符合半導體材料的要求。這一半導體主要運用到高速器件中，InP制造的晶體管的速度比其他材料都高，主要運用到光電集成電路、抗核輻射器件中。對于導電率高的材料，主要用于LED等方面。

（3）有機合成物半導體。有機化合物是指含分子中含有碳鍵的化合物，把有機化合物和碳鍵垂直，疊加的方式能夠形成導帶，通過化學的添加，能夠讓其進入到能帶，這樣可以發生電導率，從而形成有機化合物半導體。這一半導體和以往的半導體相比，具有成本低、溶解性好、材料輕加工容易的特點。可以通過控制分子的方式來控制導電性能，應用的范圍比較廣，主要用于有機薄膜、有機照明等方面。

（4）非晶態半導體。它又被叫做無定形半導體或玻璃半導體，屬于半導電性的一類材料。非晶半導體和其他非晶材料一樣，都是短程有序、長程無序結構。它主要是通過改變原子相對位置，改變原有的周期性排列，形成非晶硅。晶態和非晶態主要區別于原子排列是否具有長程序。非晶態半導體的性能控制難，隨著技術的發明，非晶態半導體開始使用。這一制作工序簡單，主要用于工程類，在光吸收方面有很好的效果，主要運用到太陽能電池和液晶顯示屏中。

3 半導體制冷散熱系統的種類

（1）空氣對流散熱?？諝鈱α魃嶂饕峭ㄟ^散熱片作為零部件，大氣的溫度差和空氣對流把多余的熱量帶走，這樣可以達到降溫的效果。這一方式散熱主要受三個因素影響：一是散熱片的熱傳導性能，通過熱傳導效應最大限度的把發出熱量的零件及時與傳導出來的空氣接觸。二是空氣流動的速度，當速度變快時就會提高散熱的速度，所以在對流散熱系統中都會多加一個風扇，這樣可以提高空氣流動的速度，加快空氣帶走熱量，提高散熱效果。三是空氣本身的溫度，夏季高溫會影響到散熱效果，這主要是因為空氣中熱量也很高，很難保證散熱效果，這一方式本身的散熱效率偏低。

（2）水冷散熱。這一散熱方式是比較新的應用比較廣泛的，主要是通過冷卻液讓其能夠在封閉的管道中進行循環流動，這樣可以帶走部件的熱量。水冷散熱在效率上比上一種方法來說要好，對于風扇散熱和被動散熱片散熱的方式來說，這一散熱的效果大約是它們的100倍以上，散熱效率高，噪音小，主要運用到機械上。水冷散熱器除了增加風扇，還充分利用對流散熱的特性，提高散熱效果。這種散熱方式多是運用到水管、電源和水泵中，操作復雜，維修不容易，受到一定的限制，尤其是在不方便攜帶，在一定程度上不利于體積小的場合應用。

（3）熱管散熱。熱管主要的特性是能夠快速恒溫，屬于金屬管體，主要通過液態工質、管芯和管殼構成。管殼內有毛細結構的管芯，管芯上有液態工質，這樣可以充分利用管內的液體對其進行多種循環流動來傳遞熱量。這一液態工質具有良好的導熱、沸點、低的粘度，能夠在不斷循環過程中達到熱傳導效應。管芯的設計受到毛細結構的影響，可以減少接觸熱阻。管殼處于一個密閉的空間，能夠更好地位液態工質的循環產生一定的壓力。管殼具有一定的塑性，能夠根據所需的形狀來改變，方便利用。

熱管散熱器在工作過程中，一端是發散部件，一端是散熱片，把二者連接起來可以讓管內的液態工質氣化，在管內形成壓力差向另一端流動，這樣可以帶走熱量，在溫度低的一端就會釋放熱量，熱量在通過散熱片和風扇的作用傳遞到空氣中，如此循環往復可以達到散熱的目的。

熱管散熱這一技術主要是通過熱超導性能，熱管散熱器是新型的導熱技術能夠結合空氣對流散熱的優點成為一款新型的散熱器。它由熱管、散熱片和風扇等組成，其中熱管是主要部件，散熱片可以把熱量傳遞出來，風扇能夠加快對流。熱管散熱器主要是一種全新的改良版的散熱方式，具有材質上輕、效率高、噪音小、方便攜帶的特點，比較適合當前綠色環保的理念，對于空間小的地方比較適用。

4 結語

綜上所述，隨著經濟的發展，人們越來越重視環保問題，為了應對溫室效應，人們開始制冷技術的研究，出現了各種制冷方式，其中制冷片制冷是主要的方式。人們使用電子設備的機會越來越多，散熱問題仍然需要人們繼續研究。

參考文獻：

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