熱電致冷器之簡介

2-1 基本介紹

致冷晶片是一種固態熱泵(solid sate heat pump)，它是運用帕兒帖效應來移 動熱能。當(直流電)輸入致冷晶片時，熱會被致冷晶片由一端面傳送至另一端，

TEC 的名稱很多，例如致冷晶片、熱電致冷模組(Thermoelectric Cooling Module)、熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Chip)、帕兒帖單體(Peltier Cell)、

帕兒帖致冷器(Peltier Cooler)、熱電致(Thermoelectric Cooler)、也有人稱它為熱泵 (Heat Pump)。

2-3 TEC module 的構造說明

TEC module 概略可以分為陶瓷基板(冷、熱端材料一樣)與中間熱電材料，

以下為其作一簡單介紹：

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上式(2-1)中，α為熱電勢(thermoelectric power or Seebeck coefficient)，T為 絕對溫度，



conductivity)、T為絕對溫度。ZT值也就是Figure of Merit，ZT值越高，熱電效應 越顯著，反之，當ZT值較低時，代表此種材料較不適合做為熱電材料，我們有上

(2-1)

式可以看出，為了有一個較高的熱電值ZT，則材料必須有高的熱電勢(α)，高的

1. 常溫區間（200℃以下）碲化鉍(Bismuth Telluride)及其合金：

多在室溫範圍下操作，在現今發展的熱電材料之中，擁有最高的ZT值，是熱電效 能相當好的一種材料，這也是目前被廣為使用於熱電致冷氣的材料，低溫其最佳 運作溫度為小於450℃。

2. 中溫區間（200℃到 600℃）碲化鉛(Lead Telluride)及其合金：

擁有次高之ZT值，材料的使用範圍約在溫度400K左右，比較被廣用於熱電產生 器的材料，其最佳運作溫度大約為1000℃。

3. 高溫區間（600℃以上）矽鍺合金(Silicon Germanium)：

此材料亦常應用於熱電產生器，其最佳運作溫度大約為 1300℃。

事實上碲化鉍(Bi2Te3)一直是具有最高之ZT，如Bi2Te3在室溫下之 ZT~0.52，而碲doped 之Bi2Te3-Bi0.5Sb1.5Te3的ZT為1.0。

熱電致冷器具有精確度高、快速控溫與可靠度高等優點，甚至可以改變電

9 (Bismuth Telluride)，加入不純物經過處理後，便形成N型或P 型半導體相互交錯 的半導體接面。至於N極與P極之間以一般的導體以串聯方式相連接而成一完整線

參考http://www.kryotherm.ru/index.phtml?tid=87 COLD SIDE

HOT SIDE semiconductor ^n-type p-type semiconductor Conductor

(copper)

Dielectric (substrate material)

量放出，每經過一個NP模組，就有熱量由一邊被送到另外一邊，造成溫差，而形

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倒立或側立使用，無方向的限制，特別適用於航空器或太空艙。

5.適合局部冷卻(spot cooling)：TEC 可以只對特定元件冷卻，而不必冷卻整 個封裝。

6.主動冷卻而使溫度低於室溫：一般的heat sink 為被動冷卻，溫度需要高於 環境才有散熱的功能。若TEC 在熱端接相同的heat sink，因為TEC 為主 動冷卻會不斷的帶走冷端的熱量，所以冷端可以低於室溫。

7.有加熱或是冷卻的雙向作用：一般的溫度控制方式，通常只有加熱或冷卻 的單向作用。TEC 除了主動冷卻，也可以主動加熱，當電流反向，半導 體的載子反向流動，則熱流方向相反，原來的冷端為電流反向後的熱端，

而原來的熱端為電流反向後的冷端。因為TEC 有加熱或冷卻的雙向作用，加熱 或冷卻只需要改變電流方向，故適合溫度控制。

8.造價較高，但日後幾乎不需維護，因此壽命也較長，可整合積體電路。