[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體制冷器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110470232.3
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113193103B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 項(xiàng)曉東;馮鍇;張鵬;顧川川
• 申請（專利權(quán)）人: 南方科技大學(xué)
• 主分類號: H01L35/28
• 分類號: H01L35/28;H01L35/02;H01L35/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

1.一種半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，包括：供電單元、第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、第一載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)、第二載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述供電單元包括第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極存在電勢差；

所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)用于接收激光信號，并基于所述激光信號產(chǎn)生光生載流子，所述光生載流子包括第一載流子和第二載流子；

所述第一載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)分別與所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一端面和所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一端面連接，所述第一載流子在所述電勢差的作用下吸收熱量后經(jīng)第一載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)至所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；所述第一載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成制冷端；

所述第二載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)分別與所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二端面和所述第一電極連接，所述第二載流子在所述電勢差的作用下釋放熱量后經(jīng)所述第二載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)至所述第一電極；所述第一電極遠(yuǎn)離所述第二載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成散熱端；

所述第二電極與所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二端面電連接；所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述第一載流子在所述電勢差的作用下聚焦于所述第二電極位置后釋放熱量，所述第二電極遠(yuǎn)離所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成散熱端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，所述制冷端包括第一非金屬結(jié)構(gòu)；所述散熱端包括第二非金屬結(jié)構(gòu)；

所述第一載流子在所述電勢差的作用下吸收所述第一非金屬結(jié)構(gòu)的熱量，以使所述第一非金屬結(jié)構(gòu)形成所述制冷端；

所述第二載流子以及所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述第一載流子在所述電勢差的作用下向所述第二非金屬結(jié)構(gòu)釋放熱量，以使所述第二非金屬結(jié)構(gòu)形成所述散熱端。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一端面在所述制冷端所在平面上的垂直投影與所述制冷端至少部分交疊，所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一端面在所述制冷端所在平面上的垂直投影與所述制冷端至少部分交疊；

所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二端面在所述散熱端所在平面上的垂直投影與所述散熱端至少部分交疊，所述第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二端面在所述散熱端所在平面上的垂直投影與所述散熱端至少部分交疊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電子熱導(dǎo)率為κ_e，κ_e滿足公式(1)；

所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的熱電品質(zhì)因子為ZT，ZT滿足公式(2)：

其中，h是普朗克常量，k_B是玻爾茲曼常數(shù)，τ是近自由電子弛豫時間，n是載流子濃度，m*是電子有效質(zhì)量，m_e是電子質(zhì)量，κ_l是晶格熱導(dǎo)率，T是溫度，T₃₀₀對應(yīng)于溫度300K。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，所述激光信號的能量可調(diào)；

所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)用于根據(jù)不同能量的所述激光信號產(chǎn)生不同載流子濃度的光生載流子。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，所述激光信號的能量大于所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的能隙。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一最高占據(jù)軌道能級和第一最低空軌道能級；

所述第一載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括第二最高占據(jù)軌道能級和第二最低空軌道能級；

所述第二載流子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括第三最高占據(jù)軌道能級和第三最低空軌道能級；

其中，所述第二最高占據(jù)軌道能級大于所述第一最高占據(jù)軌道能級，所述第二最低空軌道能級大于所述第一最低空軌道能級；所述第三最高占據(jù)軌道能級小于所述第一最高占據(jù)軌道能級，所述第三最低空軌道能級小于所述第一最低空軌道能級。