[发明专利]TDC芯片帕尔贴效应降温装置和方法

权利要求书

1.一种TDC芯片帕尔贴效应降温装置，其特征是，中心为P型半导体，P型半导体与外部N型半导体圆环的顶部为金属片，通过金属片连接，该金属片处于热端，P型半导体与N型半导体圆环中间为绝缘介质层，N型半导体圆环的外部为P型半导体圆环，N型半导体圆环与P型半导体圆环间为绝缘层，底部为金属圆环，金属圆环连接P型半导体环与N型半导体环，该金属圆环处于冷端，金属圆环设置在TDC芯片上，金属圆环设与TDC芯片之间为绝缘层，开关A和开关B用于控制向P型半导体圆环上下端之间施加不同的控制电压。

2.如权利要求1所述的TDC芯片帕尔贴效应降温装置，其特征是，还包括温度传感器和计算机，温度传感器用于测量TDC芯片温度，测量结果输出到计算机，计算机根据设置的温度阈值判断TDC芯片温度需要降温的程度，通过FPGA控制开关A和开关B对P型半导体环施加不同电压，进行不同程度的降温。

3.一种TDC芯片帕尔贴效应降温方法，其特征是，利用前述降温装置实现，步骤如下：

首先对工作的TDC电路芯片进行功耗分析，计算TDC芯片的功耗中心点(X*,Y*)，P(x,y)记为芯片功耗面密度，∫∫P(x,y)dσ为TDC芯片的总功耗：

为简化模型，将电路芯片分割为n*n的方格，使用高精度功耗探头测量每个方格的功耗值P_ij，构造功耗矩阵V为

功耗中心点(X*,Y*)作为降温装置的中心点。

电流从底部金属引线流入P型半导体，两者为欧姆接触，半导体价带电子至少吸收E_F-E_V的能量，才能进入金属形成电流，E_F为费米能级，E_V为价带能级，电子离开价带形成空穴，空穴在P型半导体中流动还需能量E_α，在接触面吸收的总能量为E_F-E_V+E_α，实现降温的功能，电流经过上层金属片流向N型半导体，顶层为热端，再由N型半导体流向底层金属圆环，电子从金属环中流入N型半导体，电子至少吸收E_C-E_F的能量，E_C为导带能级，电子在半导体中流动所需的能量为E_β,此时吸收的能量为E_C-E_F+E_β，对以N型半导体与金属环的连接点吸热进行分析，采用非简并半导体，E_C-E_F>2k₀T，吸热降温效果由帕尔贴系数π_θ决定，导带底E_c状态密度为N_c,n₀为电子浓度：

qπ_θ＝E_c-E_F+E_β