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半导体制冷散热系统分析

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  摘 要:随着科技的不断发展,材料的进步对社会的变革影响很大,半导体作为电子材料,在电子领域得到了广泛的应用。本文主要阐述半导体的概念,对半导体的性能进行分析,对几种半导体制冷散热系统进行分析研究,结合散热方式的特点,设计出更加优质的半导体制冷散热系统。
  关键词:半导体;制冷;散热
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.122
  0 前言
   随着社会的不断发展,半导体作为电子材料在生产生活中应用广泛,促进了各领域的发展。我们应该对半导体材料的性能有全面的了解,这样才能够更好地发挥半导体材料的作用。在制冷散热系统中,散热效果影响着半导体制冷系统的性能,为了更好的提高制冷效果,现在多采用制冷片运用到便携式制冷设备中。
  1 半导体的概念
   半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体主要运用在收音机、电视机和测温上。半导体是指一种导电性可控,范围从绝缘体到导体之间的材料。从科学技术和经济发展的角度来看,半导体影响着人们的日常工作生活,直到20世纪30年代这一材料才被学界所认可。
  2 半导体材料的性能
   (1)元素半导体。元素半导体是指单一元素构成的半导体,其中对硅、锡的研究比较早。它是由相同元素组成的具有半导体特性的固体材料,容易受到微量杂质和外界条件的影响而发生变化。目前,只有硅、锗性能好,运用的比较广,硒在电子照明和光电领域中应用。硅在半导体工业中运用的多,这主要受到二氧化硅的影响,能够在器件制作上形成掩膜,能够提高半导体器件的稳定性,利于自动化工业生产。
   (2)无机合成物半导体。无机合成物主要是通过单一元素构成半导体材料,当然也有多种元素构成的半导体材料,主要的半导体性质有Ⅰ族与Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族;Ⅱ族与Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ族;Ⅲ族与Ⅴ、Ⅵ族;Ⅳ族与Ⅳ、Ⅵ族;Ⅴ族与Ⅵ族;Ⅵ族与Ⅵ族的结合化合物,但受到元素的特性和制作方式的影响,不是所有的化合物都能够符合半导体材料的要求。这一半导体主要运用到高速器件中,InP制造的晶体管的速度比其他材料都高,主要运用到光电集成电路、抗核辐射器件中。对于导电率高的材料,主要用于LED等方面。
   (3)有机合成物半导体。有机化合物是指含分子中含有碳键的化合物,把有机化合物和碳键垂直,叠加的方式能够形成导带,通过化学的添加,能够让其进入到能带,这样可以发生电导率,从而形成有机化合物半导体。这一半导体和以往的半导体相比,具有成本低、溶解性好、材料轻加工容易的特点。可以通过控制分子的方式来控制导电性能,应用的范围比较广,主要用于有机薄膜、有机照明等方面。
   (4)非晶态半导体。它又被叫做无定形半导体或玻璃半导体,属于半导电性的一类材料。非晶半导体和其他非晶材料一样,都是短程有序、长程无序结构。它主要是通过改变原子相对位置,改变原有的周期性排列,形成非晶硅。晶态和非晶态主要区别于原子排列是否具有长程序。非晶态半导体的性能控制难,随着技术的发明,非晶态半导体开始使用。这一制作工序简单,主要用于工程类,在光吸收方面有很好的效果,主要运用到太阳能电池和液晶显示屏中。
  3 半导体制冷散热系统的种类
   (1)空气对流散热。空气对流散热主要是通过散热片作为零部件,大气的温度差和空气对流把多余的热量带走,这样可以达到降温的效果。这一方式散热主要受三个因素影响:一是散热片的热传导性能,通过热传导效应最大限度的把发出热量的零件及时与传导出来的空气接触。二是空气流动的速度,当速度变快时就会提高散热的速度,所以在对流散热系统中都会多加一个风扇,这样可以提高空气流动的速度,加快空气带走热量,提高散热效果。三是空气本身的温度,夏季高温会影响到散热效果,这主要是因为空气中热量也很高,很难保证散热效果,这一方式本身的散热效率偏低。
   (2)水冷散热。这一散热方式是比较新的应用比较广泛的,主要是通过冷却液让其能够在封闭的管道中进行循环流动,这样可以带走部件的热量。水冷散热在效率上比上一种方法来说要好,对于风扇散热和被动散热片散热的方式来说,这一散热的效果大约是它们的100倍以上,散热效率高,噪音小,主要运用到机械上。水冷散热器除了增加风扇,还充分利用对流散热的特性,提高散热效果。这种散热方式多是运用到水管、电源和水泵中,操作复杂,维修不容易,受到一定的限制,尤其是在不方便携带,在一定程度上不利于体积小的场合应用。
   (3)热管散热。热管主要的特性是能够快速恒温,属于金属管体,主要通过液态工质、管芯和管壳构成。管壳内有毛细结构的管芯,管芯上有液态工质,这样可以充分利用管内的液体对其进行多种循环流动来传递热量。这一液态工质具有良好的导热、沸点、低的粘度,能够在不断循环过程中達到热传导效应。管芯的设计受到毛细结构的影响,可以减少接触热阻。管壳处于一个密闭的空间,能够更好地位液态工质的循环产生一定的压力。管壳具有一定的塑性,能够根据所需的形状来改变,方便利用。
   热管散热器在工作过程中,一端是发散部件,一端是散热片,把二者连接起来可以让管内的液态工质气化,在管内形成压力差向另一端流动,这样可以带走热量,在温度低的一端就会释放热量,热量在通过散热片和风扇的作用传递到空气中,如此循环往复可以达到散热的目的。
   热管散热这一技术主要是通过热超导性能,热管散热器是新型的导热技术能够结合空气对流散热的优点成为一款新型的散热器。它由热管、散热片和风扇等组成,其中热管是主要部件,散热片可以把热量传递出来,风扇能够加快对流。热管散热器主要是一种全新的改良版的散热方式,具有材质上轻、效率高、噪音小、方便携带的特点,比较适合当前绿色环保的理念,对于空间小的地方比较适用。
  4 结语
   综上所述,随着经济的发展,人们越来越重视环保问题,为了应对温室效应,人们开始制冷技术的研究,出现了各种制冷方式,其中制冷片制冷是主要的方式。人们使用电子设备的机会越来越多,散热问题仍然需要人们继续研究。
  参考文献:
  [1]路凯华,何立东,闫安.基于半导体制冷的电机和轴承散热系统研究[J].制冷,2017(03).
  [2]王亚娟,赵俊宏,郭嘉明.半导体制冷果蔬配送箱水冷散热参数优化试验研究[J].保鲜与加工,2017(03):49-54.
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