半导体制冷温度控制实验

2010年第1期　　　　　　　　　　　　　　　工业仪表与自动化装置

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半导体制冷温度控制算法的实验研究

刘　昆,符影杰,洪俊明

(东南大学自动化学院,南京210096)

　　摘要:在以ARM7为核心的半导体制冷控制器的基础上,研究了半导体制冷温度控制的方法,

采用PID算法和模型偏差补偿算法完成了半导体制冷温度控制实验,通过比较实验结果,分析两种算法的实际控制效果,实现了半导体制冷的较高精度温度控制。

关键词:半导体制冷;模型偏差补偿;PID;温度控制中图分类号:TP13　　文献标志码:A　　文章编号:-0055-03

Experimentresearchoftemgsembeddedintellitccooling

FJunming

ofASoutheastUniversity,Nanjing210096,China)

　　Abstract:oncontrollerforthermoelectriccoolingwiththecentralpartconsis2tingofanARM7micro-controllerLPC2220,thepaperappliesPIDandmodeldeviationcompen2sationalgorithms.The

LD

基于半导体制冷片（TEC）的温度控制器

一、原理

半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Peltier效应，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理来实现的。其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递的工具。其优缺点：

1、不需要任何制冷剂，可连续工作。

2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，，便于组成自动控制系统。

4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。 二、使用说明：

正确的安装、组装方法：1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。3

LD

基于半导体制冷片（TEC）的温度控制器

一、原理

半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Peltier效应，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理来实现的。其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递的工具。其优缺点：

1、不需要任何制冷剂，可连续工作。

2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，，便于组成自动控制系统。

4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。 二、使用说明：

正确的安装、组装方法：1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。3

如何控制和补偿半导体制冷器

摘要

在很多需要精密温度控制的设备中经常可以看到半导体制冷器。对温度及其敏感的组件往往与TEC和温度监视器集成到一个单一热工程模块。半导体制冷器也可以通过翻转电流而制热。TEC非常小的体积为精密控制单个组件 （例如，光纤激光器驱动器，高精度的参考电压或任何温度敏感型设备）的温度提供了可能。

此应用手册简要讨论TEC设计的起源和历史，然后概述了TEC基本操作。随后又说明了TEC的控制和补偿问题。该文最后详细分析了TEC控制的优化以及优化方程。

关键字：PID、 DWDM、 SFF、 SFP、 光纤、 激光模块、 热电冷却器，热电偶、 TEC，温度控制，热循环热敏电阻

简介

1821年托马斯 · 塞贝克发现，两个不同的材料的导体连在一起，并且两个材料各自的温度不同的时候，这个环路内就会有电流流过。十二年后，皮尔贴（J.C.Peltier） 发现了与这一现象相反的效果： 通过削减环路中的一个导体，使外部电流流经环路，然后就可以发现两个连接点之间有温度差出现，这一现象后来被称作皮尔贴效应。由于那时的材料所限，皮尔贴效应中材料之间的温度差有大部分都是大电流流过材料所产生的电阻热。随着近来材料学的不断进步，这些连接点制热或制

半导体制冷应用前景论文

　　　　　　　　　　　　　　　　　应用能源技术　　　　　　　　　2007年第6期(总第114期)32

半导体制冷空调器的应用前景

张芸芸,李茂德,徐纪华

(同济大学机械工程学院,上海200092)

摘　要:介绍了半导体制冷空调器的工作原理、基本结构和特点,指出了半导体制冷效率提高的主要途径,阐述了半导体制冷空调器的发展现状和应用前景。

关键词:半导体制冷;空调器;制冷效率中图分类号:TU831.3　　文献标识码:A　　文章编号:1009-3230(2007)06-0032-03

ApplicationprospectofsemiconductorZHANGYu-yu,LIMao-de,XJi-(DepartmentofMechanicalEngineering,,200092,China)Abstract:Thisarticleintroducestheandcharacteristicsofthesemiconductorrefrigerationairconditionerstatusandapplicationprospect.Fromthisarticlewecanfindtherefrigerationefficiency

太阳能半导体制冷技术的发展与全景

2009-1-19 14:48:00 来源：作者： 网友评论 0条 点击查看

介绍了太阳能半导体制冷系统的工作原理和基本结构，指出了提高太阳能半导体制冷效率的技术关键，阐述了太阳能半导体制冷技术的发展现状和应用前景。关键字： 太阳能 半导体制冷 帕尔贴效应

太阳能制冷具有很好的季节匹配性，即天气越热，太阳辐射越好，系统制冷量越大。这一特点使太阳能制冷技术受到重视和发展。实现太阳能制冷有“光-热-冷”、“光-电-冷”、“光-热-电-冷”等途径。太阳能半导体制冷是利用太阳能电池产生的电能来驱动半导体制冷装置，实现热能传递的特殊制冷方式，其工作原理主要是光伏效应和帕尔贴效应。

太阳能驱动的半导体制冷系统，结构紧凑，携带方便，可以根据用户需要做成小型化的专用制冷装置。它具有使用维护简单，安全性能好，可分散供电，储能比较方便，无环境污染等特点。另外，利用帕尔贴效应的半导体制冷系统与一般的机械制冷相比，它不需要泵、压缩机等运动部件，因此不存在磨损和噪声。它不需要制冷剂，因此不会产生环境污染，也省去了复杂的传输管路。它只需切换电流方向就可以使系统由制冷状态变为制热状态。这些无可比拟的优点，使得人们对太阳能半导体

第一章

2、列出20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献的4种不同产业。P2 答：真空管电子学、无线电通信、机械制表机及固体物理。 3、什么时间、什么地点、由谁发明了固体晶体管？P3

答：1947年12月16日在贝尔电话实验室由威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了固体晶体管。

5、列出5个集成时代，指出每个时代的时间段，并给出每个时代每个芯片上的元件数。P4 6、什么是硅片？什么是衬底？什么是芯片？

答：芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路），硅圆片通常被称为衬底 8、列出集成电路制造的5个重要步骤，简要描述每个步骤。P4

10、列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势。P8 11、什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？P9

13、什么是摩尔定律？它预测了什么？这个定律正确吗？P10

14、自1947年以来靠什么因素使芯片价格降低？给出这种变化的两个原因。 16、描述硅片技师和设备技师的职责。P16

第三章

11.解释pn结反偏时发生的情况。P45

答：导致通过二极管的电流很小，甚至没有电流。

12.解释pn结正偏时发生的情况。P45

答：将一正偏施加于pn结，电路中n区电子从偏压电源负极被排斥。多余的电子从负

第一章

2、列出20世纪上半叶对半导体产业发展做出贡献的4种不同产业。P2

答：真空管电子学、无线电通信、机械制表机及固体物理。

3、什么时间、什么地点、由谁发明了固体晶体管？P3 答：1947年12月16日在贝尔电话实验室由威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了固体晶体管。5、列出5个集成时代，指出每个时代的时间段，并给出每个时代每个芯片上的元件数。P4

6、什么是硅片？什么是衬底？什么是芯片？

答：芯片也称为管芯（单数和复数芯片或集成电路），硅圆片通常被称为衬底

8、列出集成电路制造的5个重要步骤，简要描述每个步骤。P4

10、列出提高微芯片制造技术相关的三个重要趋势，简要描述每个趋势。P8

11、什么是芯片的关键尺寸？这种尺寸为何重要？P9 13、什么是摩尔定律？它预测了什么？这个定律正确吗？P10

14、自1947年以来靠什么因素使芯片价格降低？给出这种变化的两个原因。

16、描述硅片技师和设备技师的职责。P16

第三章

11.解释pn结反偏时发生的情况。P45

答：导致通过二极管的电流很小，甚至没有电流。

12.解释pn结正偏时发生的情况。P45

答：将一正偏施加于pn结，电路中n区电子从偏压电源负极被排斥。多余的电子从负极注入到充满空穴的p区，使n区中

精品资料

可编辑修改 1. 分别简述RVD 和GILD 的原理，它们的优缺点及应用方向。

快速气相掺杂(RVD, Rapid Vapor-phase Doping) 利用快速热处理过程(RTP)将处在掺杂剂气氛中的硅片快速均匀地加热至所需要的温度，同时掺杂剂发生反应产生杂质原子，杂质原子直接从气态转变为被硅表面吸附的固态，然后进行固相扩散，完成掺杂目的。

同普通扩散炉中的掺杂不同，快速气相掺杂在硅片表面上并未形成含有杂质的玻璃层；同离子注入相比(特别是在浅结的应用上)，RVD 技术的潜在优势是：它并不受注入所带来的一些效应的影响；对于选择扩散来说，采用快速气相掺杂工艺仍需要掩膜。另外，快速气相掺杂仍然要在较高的温度下完成。杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，其峰值处于表面处。

气体浸没激光掺杂(GILD: Gas Immersion Laser Doping) 用准分子激光器(308nm) 产生高能量密度(0.5—2.0J/cm2)的短脉冲(20-100ns)激光，照射处于气态源中的硅表面；硅表面因吸收能量而变为液体层；同时气态掺杂源由于热解或光解作用产生杂质原子；通过液相扩散，杂质原子进入这个很薄的液体层，溶解在液体层中的杂质扩散速度比在固体

微电子期末复习

集成电路发展历史：1947年。贝尔实验室，点接触晶体管，1956年诺贝尔物理奖。

1948年 W. Shockley 提出结型晶体管概念 1950年 第一只NPN结型晶体管 1959年第一个集成电路

集成电路--将多个电子元件（晶体管、二极管、电容、 电阻、电抗等）集成到（硅）衬底

上。

集成电路的制造步骤：1硅片制备2硅芯片制造（重点）3硅片测试/拣选4装配与

封装5终测

关键尺寸(CD)：集成电路中半导体器件能够加工的最小尺寸。 它是衡量集成

电路设计和制造水平的重要尺度，关键尺寸 越小，芯片的集成度越高，速度越快，性能越好。

摩尔定律：Moore 定律是在1965 年 由INTEL公司的Gordon Moore 提出的，

其内容 是：硅集成电路按照4 年为一代，每代的芯片 集成度要翻两番、工艺 线宽约缩小30%，IC工 作速度提高1.5倍等发展 规律发展。

单晶硅：单晶硅，也称硅单晶，具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向

具有不同的性质，是一种良好的半导材料。 1用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制