半導(dǎo)體制冷散熱系統(tǒng)分析

彭強(qiáng)

摘 要：隨著科技的不斷發(fā)展，材料的進(jìn)步對(duì)社會(huì)的變革影響很大，半導(dǎo)體作為電子材料，在電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要闡述半導(dǎo)體的概念，對(duì)半導(dǎo)體的性能進(jìn)行分析，對(duì)幾種半導(dǎo)體制冷散熱系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，結(jié)合散熱方式的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體制冷散熱系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體;制冷;散熱

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

0 前言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體作為電子材料在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，促進(jìn)了各領(lǐng)域的發(fā)展。我們應(yīng)該對(duì)半導(dǎo)體材料的性能有全面的了解，這樣才能夠更好地發(fā)揮半導(dǎo)體材料的作用。在制冷散熱系統(tǒng)中，散熱效果影響著半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的性能，為了更好的提高制冷效果，現(xiàn)在多采用制冷片運(yùn)用到便攜式制冷設(shè)備中。

1 半導(dǎo)體的概念

半導(dǎo)體是指在常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體主要運(yùn)用在收音機(jī)、電視機(jī)和測(cè)溫上。半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可控，范圍從絕緣體到導(dǎo)體之間的材料。從科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度來看，半導(dǎo)體影響著人們的日常工作生活，直到20世紀(jì)30年代這一材料才被學(xué)界所認(rèn)可。

2 半導(dǎo)體材料的性能

（1）元素半導(dǎo)體。元素半導(dǎo)體是指單一元素構(gòu)成的半導(dǎo)體，其中對(duì)硅、錫的研究比較早。它是由相同元素組成的具有半導(dǎo)體特性的固體材料，容易受到微量雜質(zhì)和外界條件的影響而發(fā)生變化。目前，只有硅、鍺性能好，運(yùn)用的比較廣，硒在電子照明和光電領(lǐng)域中應(yīng)用。硅在半導(dǎo)體工業(yè)中運(yùn)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(dǎo)體器件的穩(wěn)定性，利于自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)。

（2）無(wú)機(jī)合成物半導(dǎo)體。無(wú)機(jī)合成物主要是通過單一元素構(gòu)成半導(dǎo)體材料，當(dāng)然也有多種元素構(gòu)成的半導(dǎo)體材料，主要的半導(dǎo)體性質(zhì)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(jié)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(dǎo)體材料的要求。這一半導(dǎo)體主要運(yùn)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(yùn)用到光電集成電路、抗核輻射器件中。對(duì)于導(dǎo)電率高的材料，主要用于LED等方面。

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

（4）非晶態(tài)半導(dǎo)體。它又被叫做無(wú)定形半導(dǎo)體或玻璃半導(dǎo)體，屬于半導(dǎo)電性的一類材料。非晶半導(dǎo)體和其他非晶材料一樣，都是短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序結(jié)構(gòu)。它主要是通過改變?cè)酉鄬?duì)位置，改變?cè)械闹芷谛耘帕校纬煞蔷Ч琛＞B(tài)和非晶態(tài)主要區(qū)別于原子排列是否具有長(zhǎng)程序。非晶態(tài)半導(dǎo)體的性能控制難，隨著技術(shù)的發(fā)明，非晶態(tài)半導(dǎo)體開始使用。這一制作工序簡(jiǎn)單，主要用于工程類，在光吸收方面有很好的效果，主要運(yùn)用到太陽(yáng)能電池和液晶顯示屏中。

3 半導(dǎo)體制冷散熱系統(tǒng)的種類

（1）空氣對(duì)流散熱。空氣對(duì)流散熱主要是通過散熱片作為零部件，大氣的溫度差和空氣對(duì)流把多余的熱量帶走，這樣可以達(dá)到降溫的效果。這一方式散熱主要受三個(gè)因素影響：一是散熱片的熱傳導(dǎo)性能，通過熱傳導(dǎo)效應(yīng)最大限度的把發(fā)出熱量的零件及時(shí)與傳導(dǎo)出來的空氣接觸。二是空氣流動(dòng)的速度，當(dāng)速度變快時(shí)就會(huì)提高散熱的速度，所以在對(duì)流散熱系統(tǒng)中都會(huì)多加一個(gè)風(fēng)扇，這樣可以提高空氣流動(dòng)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(huì)影響到散熱效果，這主要是因?yàn)榭諝庵袩崃恳埠芨?，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(yīng)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(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，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(duì)于風(fēng)扇散熱和被動(dòng)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(yùn)用到機(jī)械上。水冷散熱器除了增加風(fēng)扇，還充分利用對(duì)流散熱的特性，提高散熱效果。這種散熱方式多是運(yùn)用到水管、電源和水泵中，操作復(fù)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(chǎng)合應(yīng)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(tài)工質(zhì)、管芯和管殼構(gòu)成。管殼內(nèi)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的管芯，管芯上有液態(tài)工質(zhì)，這樣可以充分利用管內(nèi)的液體對(duì)其進(jìn)行多種循環(huán)流動(dòng)來傳遞熱量。這一液態(tài)工質(zhì)具有良好的導(dǎo)熱、沸點(diǎn)、低的粘度，能夠在不斷循環(huán)過程中達(dá)到熱傳導(dǎo)效應(yīng)。管芯的設(shè)計(jì)受到毛細(xì)結(jié)構(gòu)的影響，可以減少接觸熱阻。管殼處于一個(gè)密閉的空間，能夠更好地位液態(tài)工質(zhì)的循環(huán)產(chǎn)生一定的壓力。管殼具有一定的塑性，能夠根據(jù)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(fā)散部件，一端是散熱片，把二者連接起來可以讓管內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)氣化，在管內(nèi)形成壓力差向另一端流動(dòng)，這樣可以帶走熱量，在溫度低的一端就會(huì)釋放熱量，熱量在通過散熱片和風(fēng)扇的作用傳遞到空氣中，如此循環(huán)往復(fù)可以達(dá)到散熱的目的。

熱管散熱這一技術(shù)主要是通過熱超導(dǎo)性能，熱管散熱器是新型的導(dǎo)熱技術(shù)能夠結(jié)合空氣對(duì)流散熱的優(yōu)點(diǎn)成為一款新型的散熱器。它由熱管、散熱片和風(fēng)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(fēng)扇能夠加快對(duì)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(zhì)上輕、效率高、噪音小、方便攜帶的特點(diǎn)，比較適合當(dāng)前綠色環(huán)保的理念，對(duì)于空間小的地方比較適用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)保問題，為了應(yīng)對(duì)溫室效應(yīng)，人們開始制冷技術(shù)的研究，出現(xiàn)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(shè)備的機(jī)會(huì)越來越多，散熱問題仍然需要人們繼續(xù)研究。

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