[發明專利]一種半導體制冷器件

有效

• 申請號: 202110470232.3
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113193103B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 項曉東;馮鍇;張鵬;顧川川
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 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

本發明實施例公開了一種半導體制冷器件，包括：供電單元、第一半導體結構、第二半導體結構、第一載流子傳導結構、第二載流子傳導結構；供電單元包括第一電極和第二電極，第一電極和第二電極存在電勢差；第一載流子在電勢差的作用下吸收熱量后經第一載流子傳導結構至第二半導體結構；第一載流子傳導結構遠離第一半導體結構的一側形成制冷端；第二載流子在電勢差的作用下釋放熱量后經第二載流子傳導結構至第一電極；第一電極遠離第二載流子傳導結構的一側形成散熱端。本發明解決了現有技術中采用摻雜或者微結構的方法來提高熱電材料的熱電品質因子ZT，存在理論極限以及導致的材料穩定性和實驗可重復性較差的技術問題。

技術領域

本發明實施例涉及熱電器件技術領域，尤其涉及一種半導體制冷器件。

背景技術

半導體制冷器件也叫熱電制冷器件，它是一種基于佩爾捷效應(Peltier effect)產生的由于電勢的存在而在不同導體組成的回路兩端產生溫差的通電制冷技術，在局域制冷技術領域發揮著不可代替的作用。當產生固定的溫差，制冷效率只取決于材料的熱電品質因子ZT；ZT越高，制冷效率越高。ZT由材料的電導率σ、熱導率κ以及塞貝克系數S共同決定，參照公式(3)：

ZT＝σS²T/κ， (3)

其中，三個參量相互關聯，單獨追求其中一個參數的增大或減小往往導致其他參數非協同性的變化，導致目前材料的熱電性能ZT陷入無法突破的瓶頸。傳統方法主要通過離子摻雜調節電導率，以及納米修飾(nanostructural engineering)降低熱導率，通過結構調控對材料進行改性以期提高ZT，但材料穩定性和實驗可重復性很差，并沒有取得實質進展。采用傳統結構改性方法調節材料熱電性能ZT存在理論極限的問題，導致熱電制冷器件制冷效率低，如何獲取更高性能的ZT，提高熱電制冷器件的能量轉換效率是當前迫切需要解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供一種半導體制冷器件，以解決現有技術中因采用摻雜或者微結構的方法來提高熱電材料的熱電品質因子ZT，存在理論極限以及導致的材料穩定性和實驗可重復性較差、熱電制冷器件制冷效率低的技術問題。

本發明實施例提供了一種半導體制冷器件，包括：供電單元、第一半導體結構、第二半導體結構、第一載流子傳導結構、第二載流子傳導結構；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；

所述第一半導體結構用于接收激光信號，并基于所述激光信號產生光生載流子，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結構分別與所述第一半導體結構的第一端面和所述第二半導體結構的第一端面連接，所述第一載流子在所述電勢差的作用下吸收熱量后經第一載流子傳導結構至所述第二半導體結構；所述第一載流子傳導結構遠離所述第一半導體結構的一側形成制冷端；

所述第二載流子傳導結構分別與所述第一半導體結構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所述第二載流子傳導結構至所述第一電極；所述第一電極遠離所述第二載流子傳導結構的一側形成散熱端；

所述第二電極與所述第二半導體結構的第二端面電連接；所述第二半導體結構內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，所述第二電極遠離所述第二半導體結構的一側形成散熱端。

可選的，所述制冷端包括第一非金屬結構；所述散熱端包括第二非金屬結構；

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構的熱量，以使所述第一非金屬結構形成所述制冷端；

所述第二載流子以及所述第二半導體結構內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構釋放熱量，以使所述第二非金屬結構形成所述散熱端。