[发明专利]一种半导体制冷器件

说明书

本发明实施例公开了一种半导体制冷器件，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；供电单元包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极存在电势差；第一载流子在电势差的作用下吸收热量后经第一载流子传导结构至第二半导体结构；第一载流子传导结构远离第一半导体结构的一侧形成制冷端；第二载流子在电势差的作用下释放热量后经第二载流子传导结构至第一电极；第一电极远离第二载流子传导结构的一侧形成散热端。本发明解决了现有技术中采用掺杂或者微结构的方法来提高热电材料的热电品质因子ZT，存在理论极限以及导致的材料稳定性和实验可重复性较差的技术问题。

技术领域

本发明实施例涉及热电器件技术领域，尤其涉及一种半导体制冷器件。

背景技术

半导体制冷器件也叫热电制冷器件，它是一种基于佩尔捷效应(Peltier effect)产生的由于电势的存在而在不同导体组成的回路两端产生温差的通电制冷技术，在局域制冷技术领域发挥着不可代替的作用。当产生固定的温差，制冷效率只取决于材料的热电品质因子ZT；ZT越高，制冷效率越高。ZT由材料的电导率σ、热导率κ以及塞贝克系数S共同决定，参照公式(3)：

ZT＝σS²T/κ， (3)

其中，三个参量相互关联，单独追求其中一个参数的增大或减小往往导致其他参数非协同性的变化，导致目前材料的热电性能ZT陷入无法突破的瓶颈。传统方法主要通过离子掺杂调节电导率，以及纳米修饰(nanostructural engineering)降低热导率，通过结构调控对材料进行改性以期提高ZT，但材料稳定性和实验可重复性很差，并没有取得实质进展。采用传统结构改性方法调节材料热电性能ZT存在理论极限的问题，导致热电制冷器件制冷效率低，如何获取更高性能的ZT，提高热电制冷器件的能量转换效率是当前迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种半导体制冷器件，以解决现有技术中因采用掺杂或者微结构的方法来提高热电材料的热电品质因子ZT，存在理论极限以及导致的材料稳定性和实验可重复性较差、热电制冷器件制冷效率低的技术问题。

本发明实施例提供了一种半导体制冷器件，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。

可选的，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。