[发明专利]一种半导体制冷器件

权利要求书

1.一种半导体制冷器件，其特征在于，包括：供电单元、第一半导体结构、第二半导体结构、第一载流子传导结构、第二载流子传导结构；所述供电单元包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极存在电势差；

所述第一半导体结构用于接收激光信号，并基于所述激光信号产生光生载流子，所述光生载流子包括第一载流子和第二载流子；

所述第一载流子传导结构分别与所述第一半导体结构的第一端面和所述第二半导体结构的第一端面连接，所述第一载流子在所述电势差的作用下吸收热量后经第一载流子传导结构至所述第二半导体结构；所述第一载流子传导结构远离所述第一半导体结构的一侧形成制冷端；

所述第二载流子传导结构分别与所述第一半导体结构的第二端面和所述第一电极连接，所述第二载流子在所述电势差的作用下释放热量后经所述第二载流子传导结构至所述第一电极；所述第一电极远离所述第二载流子传导结构的一侧形成散热端；

所述第二电极与所述第二半导体结构的第二端面电连接；所述第二半导体结构内的所述第一载流子在所述电势差的作用下聚焦于所述第二电极位置后释放热量，所述第二电极远离所述第二半导体结构的一侧形成散热端。

2.根据权利要求1所述的半导体制冷器件，其特征在于，所述制冷端包括第一非金属结构；所述散热端包括第二非金属结构；

所述第一载流子在所述电势差的作用下吸收所述第一非金属结构的热量，以使所述第一非金属结构形成所述制冷端；

所述第二载流子以及所述第二半导体结构内的所述第一载流子在所述电势差的作用下向所述第二非金属结构释放热量，以使所述第二非金属结构形成所述散热端。

3.根据权利要求1所述的半导体制冷器件，其特征在于，所述第一半导体结构的第一端面在所述制冷端所在平面上的垂直投影与所述制冷端至少部分交叠，所述第二半导体结构的第一端面在所述制冷端所在平面上的垂直投影与所述制冷端至少部分交叠；

所述第一半导体结构的第二端面在所述散热端所在平面上的垂直投影与所述散热端至少部分交叠，所述第二半导体结构的第二端面在所述散热端所在平面上的垂直投影与所述散热端至少部分交叠。

4.根据权利要求1所述的半导体制冷器件，其特征在于，所述第一半导体结构的电子热导率为κ_e，κ_e满足公式(1)；

所述第一半导体结构的热电品质因子为ZT，ZT满足公式(2)：

其中，h是普朗克常量，k_B是玻尔兹曼常数，τ是近自由电子弛豫时间，n是载流子浓度，m*是电子有效质量，m_e是电子质量，κ_l是晶格热导率，T是温度，T₃₀₀对应于温度300K。

5.根据权利要求1所述的半导体制冷器件，其特征在于，所述激光信号的能量可调；

所述第一半导体结构用于根据不同能量的所述激光信号产生不同载流子浓度的光生载流子。

6.根据权利要求1所述的半导体制冷器件，其特征在于，所述激光信号的能量大于所述第一半导体结构的能隙。

7.根据权利要求1所述的半导体制冷器件，其特征在于，所述第一半导体结构包括第一最高占据轨道能级和第一最低空轨道能级；

所述第一载流子传导结构包括第二最高占据轨道能级和第二最低空轨道能级；

所述第二载流子传导结构包括第三最高占据轨道能级和第三最低空轨道能级；

其中，所述第二最高占据轨道能级大于所述第一最高占据轨道能级，所述第二最低空轨道能级大于所述第一最低空轨道能级；所述第三最高占据轨道能级小于所述第一最高占据轨道能级，所述第三最低空轨道能级小于所述第一最低空轨道能级。