半导体的特性范文
时间：2023-12-06 17:52:09
导语：如何才能写好一篇半导体的特性，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：二极管；PN结；正向压降；温度特性；三极管
在工业设计、工程建设、日常生活及科研中，温度控制的运用是很普遍的，随着温度控制技术的不断发展及其应用的推广，人们对温度控制提出了更高的要求。半导体PN结温度传感器具有灵敏度高、线性好、响应快、体积小和成本低等特点，具有其他温度传感器不能比拟的优越性，因此PN结温度传感器已经成为一种应用广泛的测温元件。了解PN结温度传感器特性具有重要的意义。本文通过实验分析研究了PN结的正向压降随温度的变化特性。
1 实验原理
2 实验设计及数据处理
选取小功率4148二极管和9013三极管的发射结作为测试器件，使用胜利VC9208数字万用表测量温度和PN结正向导通压降。为了得到PN结在不同温度环境下的正向导通压降，将PN结与万用表测温传感头紧密贴合后，用薄的隔水材料包裹置于不同温度的水中，利用另外一块同型号万用表测量PN结的正向导通压降，并记录测量数据。
2.1 二极管PN结正向导通压降温度特性实验
2.2 三极管发射结正向导通压降温度特性实验
3 结果分析
从上面的三个实验可以看出，PN结正向压降随温度变化曲线近似直线，即随温度的上升，正向压降线性下降，可作为温度传感器使用。对比三个实验不难看出，三极管的方案一，正向压降对于温度更为敏感，灵敏度更高，而方案二和二极管的特性曲线斜率相同，即有相同的灵敏度。因此，从电路简单的角度考虑，可以采用二极管作为传感器，从精度的角度考虑，可以采用三极管的方案一。
参考文献
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作者简介：
孙大为（1984-），男，汉族，助教，研究方向：电工电子技术应用。
篇2
【关键词】微电子化计量仪；半导体探测器；特性研究；试验方法
半导体技术近年来被运用于多种领域，尤其是在核辐射探测器方面的运用，将半导体技术的优势发挥得淋漓尽致，为社会经济发展做出了巨大贡献。近年来，细数将半导体技术引入核辐射探测器领域的过程，我国的相关科研单位耗费了大量的人力、财力和物力。随着时代的发展，深化半导体材料和技术在核辐射探测器的运用研究将继续为我国的科技发展提供重要支持。结合本文研究方向，拟从半导体探测器特性的实验研究层面展开，利用实验数据进行相关讨论。
1半导体探测器的内涵
半导体探测器以其高效、实用、成本低、性能稳定等特性，目前在各个领域的应用十分广泛。明确半导体探测器的内涵概念，能够深化我们对半导体探测器的了解，为接下来的更深入的探究工作打下坚实基础。接下来笔者就从半导体探测器的概念及发展历程两个方面来粗浅剖析半导体探测器的内涵：1.1半导体探测器的概念。顾名思义，半导体探测器就是利用半导体材料和特点研发的探测设备。结合原理分析，半导体探测器是一种通过锗、硅等半导体材料物理属性、并利用其作为探测介质的辐射探测器。由于半导体探测器的工作原理和气体电离室有诸多相似之处，因此半导体探测器也被称之为固体电离室。从技术原理的层面来讲，半导体探测器的工作原理是在半导体探测器的灵敏体积内带电粒子产生“电子——空穴对”，之后“电子——空穴对”在外电场环境下做出漂移继而产生并输出信号。经过大量科学家的研究，半导体探测器诞生至今，经过不断的技术概念和材料改良，目前性能和效用已经十分优良。1.2半导体探测器的发展历程。半导体技术在核辐射探测器方面的应用分为几个阶段：第一个阶段是八十年代之前。当时的探测器受到技术技术条件和认知的影响，最为常见的探测器是GM计数管探测器。这种GM计数管探测器的产品性能和效果并不理想。随着技术的不断更新和科学家探索的深入。第二个阶段是九十年代之后，在法国、德国出现了用半导体材料作探测器的小型剂量仪器。至此，半导体技术正式被应用于探测器领域。这种半导体探测器具有体积小、工作电压低、耗能少等优势，这些特点为半导体探测器的应用空间和范围奠定了良好基础。
2用于微电子化计量仪的半导体探测器特性的实验方法
为了进一步地探究半导体探测器的特性，更明确地了解并认知其优势，笔者通过一组实验来进行说明。在这一实验中笔者所用的半导体测试器是目前业界内比较新型的设备，它是笔者单位和某原子能科学研究院合理研发的。实验中与半导体探测器相连接的电力属于微电子学混合电路。下面笔者对实验方法（如图2.1所示）作详细的论述与分析：图2.1实验示意图考虑到夜晚的干扰信号比白天小很多，因此我们在做此实验时选择在了晚上的时间段。为了处理好半导体探测器特性实验中噪音大的问题，本次实验所选择的单道阈值是0.21V。在实验中，主放大倍数为50积分、微分常数为0.5μs。定标器的工作方式为积分，脉冲为正脉冲方式。基于上述这些情况，我们的“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性”实验研究正式开始。
3用于微电子化计量仪的半导体探测器特性的实验数据及处理
关于特性研究实验过程中的实验数据及处理方式，笔者对其进行了详细的记录。笔者将半导体的探测器面积分为10平方豪米、25平方毫米和50平方毫米三种数据类型来进行测验。第一，半导体探测器的面积为10平方毫米，98型的半导体探测器辐射响应特性的数据结果如图3.1、3.2所示，图中所反映出来的数据指标是偏压为1V和3V的情况下，98型号的半导体探测器中净计数和剂量率之间的关系；99型的半导体探测器所反馈的实验曲线如图3.3、3.4所示，98型半导体探测器的辐射响应特性数据如图3.5、3.6所示。图中所反映出来的数据指标是偏压为1V和3V的情况下，98型号的半导体探测器中净计数和剂量率之间的关系。第二，当半导体探测器的面积增加到25平方毫米之后，99型的半导体探测器辐射响应特性的数据结果如图3.5、3.6所示，图中所反映出来的数据指标是偏压为1V和3V的情况下，99型号的半导体探测器中净计数和剂量率之间的关系。基于系列实验分析，当半导体探测器的面积从10平方豪米增加到25平方毫米，在递增到50平方毫米的过程中，在不同的偏压下，98型和99型的半导体探测器的净计数率在0.869cGy/h点上，半导体探测器的型号和探测器偏压的关系如表1所示。在表中，在照射量率为均为1的情况下，当半导体探测器的偏压设定为1V时，探测面积为10平方毫米的98型探测器的净计数率是68.2，探测面积为25平方毫米的98型探测器的净计数率是104.0；探测面积为50平方毫米的98型探测器的净计数率是181.7，探测面积为10平方毫米的99型探测器的净计数率是125.3。当半导体探测器的偏压设定为3V时，探测面积为10平方毫米的98型探测器的净计数率是90.4，探测面积为25平方毫米的98型探测器的净计数率是167.6；探测面积为50平方毫米的98型探测器的净计数率是316.4，探测面积为10平方毫米的99型探测器的净计数率是178.6。
4用于微电子化计量仪的半导体探测器特性的结果与讨论
通过上述关于不同型号半导体探测器在不同辐射面积中辐射响应特性等相关数据的分析我们可以得出如下三个方面的结论：第一，该半导体探测器的工作电压相对较低，对γ响应十分敏感。当“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性研究”的实验电压在1V—3V单偏压电源数据之间变动时，半导体探测器的灵敏度能够在68-316S/(R/h)区间进行变化。结合实验数据的分析与反馈，总体来讲，辐射面积为10平方毫米的99型探测器性能比辐射面积为10平方毫米的98型探测器性能优良。在同样的实验条件中，用来测定DM91的辐射面积为10平方毫米的半导体探测器灵敏度情况如下：当实验偏压为1V时，10平方毫米的半导体探测器灵敏度为87.2；当实验偏压为3V时，10平方毫米的半导体探测器灵敏度是1.8。对比关于试验偏压和不同辐射面积的半导体探测器灵敏度的这几组实验数据，我们可以得出如下结论：辐射面积为10平方毫米的99型半导体探测器敏感度性能相比较国外辐射面积为10平方毫米的半导体探测器，在对γ辐射方面的灵敏度方面性能要高出很多。也就是说我们目前的辐射面积为10平方毫米的半导体探测器性能已经达到并超出国外同类探测器的水平。第二，从噪音阈值的层面来讲，本次实验中所采用的半导体探测器噪音极小，这种小分贝的噪音数值可以显著提升信噪比，这种情况可以促进微电子学设计工作的更好开展。这一点在微电子化计量仪的半导体探测器特性实验中虽然是一个细节，但也应当充分引起我们的注意和重视。第三，本次“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性”实验中，当探测器的屏蔽材质发生变化时，其抗干扰能力也会有明显改变。这一现象表明在实验室中，空间的电磁干扰因素需要引起实验者的重视。
5结束语
综上所述，半导体探测器在当前多种行业中所发挥的作用不容忽视，为了探究“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性”，笔者通过开展一项专题实验来进行阐述与说明，在上述文段中，笔者不仅对实验的方法进行罗列和描述，还对实验的数据及处理进行对比分析，并有针对性地提出自己的见解。通过上述实验的分析，笔者希望能够唤起更多业界同行对于半导体探测器特性的关注，通过群策群力，为促进半导体探测器的运用水平贡献力量。
作者:马骏 单位:东华理工大学
参考文献
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篇3
关键词:化合物半导体材料;GaAs;GaN;SiC
中图分类号:TP331文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)05-1238-02
On The Compound Semiconductor Materials
HAO Bin, WEN Kai
(Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160,China)
Abstract: Compound semiconductor integrated circuits with ultra-high speed, low power, multi-functional, anti-radiation properties is widely used, GaAs, GaN, SiC as the main application of compound semiconductor materials. This article describes the advantages of compound semiconductor materials, and from GaAs, GaN, SiC formed part of the device.
Key words: semiconductor materials; GaAs;GaN; SiC
目前,半导体器件已被广泛应用到各个领域中。但是随着科技的发展,由于硅的电子移动速度使得硅电路传输速度慢并且难以改善。因此新型半导体材料由此产生,以GaAs、GaN、SiC为代表的的化合物半导体是目前应用最广泛、发展最快。
1 化合物半导体材料优势
化合物半导体集成电路的主要特征是超高速、低功耗、多功能、抗辐射。以GaAs为例,通过比较可得:1化合物半导体材料具有很高的电子迁移率和电子漂移速度,因此,可以做到更高的工作频率和更快的工作速度。2肖特基势垒特性优越,容易实现良好的栅控特性的MES结构。3本征电阻率高,为半绝缘衬底。电路工艺中便于实现自隔离,工艺简化,适合于微波电路和毫米波集成电路。4禁带宽度大,可以在Si器件难以工作的高温领域工。现在化合物半导体材料已广泛应用:在军事方面可用于智能化武器、航天航空雷达等方面,另外还可用于手机、光纤通信、照明、大型工作站、直播通信卫星等商用民用领域。
2 化合物半导体器件
GaAs、GaN、SiC为主要应用的化合物半导体材料。以下介绍由这三种材料构成的部分器件。
2.1 GaAs材料
高电子迁移率晶体管(HEMT)器件实在能形成2DEG的异质结上用类似MESFET的工艺制成的场效应晶体管。源漏之间主要由2DEG的导电沟道提供,由势垒层上的肖特基栅施加偏压来改变耗尽区的厚度,从而控制沟道2DEG的浓度及器件的工作状态(如图1)。对这类器件若VGS=0时沟道中已有电子存在,则器件是耗尽型的;若沟道被耗尽则器件是增强型的。I-V特性为强电场下工作的耗尽型HEMT和增强型HEMT都呈现出平方规律的饱和特性。
AlGaAs/GaAs HEMT的制作基本工序:在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs缓冲层 高纯GaAs层 n型AlGaAs层 n型GaAs层台面腐蚀隔离有源区制作Au/Ge合金的源、漏欧姆接触电极干法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层淀积Ti/Pt/Au栅电极。(如图2)
图1 GaAs HEMT中2-DEG图2 GaAs HEMT基本结构图3 PHEMT的基本结构
随后发现由于n-AlGaAs层存在一种所谓DX中心的陷阱,它能俘获和放出电子,使得2-DEG浓度随温度而改变,导致阈值电压不稳定。为了解决这个问题,采用非掺杂的InGaAs代替非掺杂的GaAs作为2-DEG的沟道材料制成了赝高电子迁移率晶体管。InGaAs层厚度约为20nm,能吸收由于GaAs和InGaAs之间的晶格失配(约为1%)而产生的应力,在此应力作用下,InGaAs的晶格将被压缩,使其晶格常数大致与GaAs与AlGaAs的相匹配,成为赝晶层。因为InGaAs薄层是一层赝晶层且在HEMT中起着 i CGaAs层的作用,所以成为“赝”层,这种HEMT也就相应地成为赝HEMT。
2.2 GaN材料
2.2.1 GaN基HEMT
目前GaN基HEMT器件的主要结构是基于AlGaN/GaN异质结的HEMT器件。由于极化效应,AlGaN/GaN异质结很容易出现2DEG,因此有常见工艺生长的绝大部分HEMT器件是属于耗尽型的。在尽量提高沟道2DEG浓度且保持其迁移率和速度,同时又不引起势垒应变弛豫的原则下,应用于HEMT器件的AlGaN/GaN异质结的结构参数已经优化到一个范围(势垒层的Al含量为0.2~0.3,厚度为20~30nm)。除此之外GaN基HEMT的器件还有以下特性:1) 缓冲层漏电小即缓冲层呈高阻态且缺陷密度小形成高的输出阻抗;2) 高的击穿电压,对提高器件的输出功率和功率开关的电压承受能力非常重要;3) 跨导高且和栅压保持良好的线性关系,这与器件的频率特性和开关速度相关;4) 好的夹断特性; 5) 较高的截止频率;6) 良好的散热能力。GaN基HEMT的主要工艺为台面刻蚀、肖特基接触和欧姆接触。
2.2.2 GaN基HBT
异质结双极性晶体管器件具有宽带隙发射区,大大提高了发射结的载流子注入效率;基区可以高掺杂(可高达1020cm-3),基区电阻rb可以显著降低,从而增加 fmax ;同时基区不容易穿通,从而厚度可以做到很薄,即不限制器件尺寸缩小;发射结浓度可以很低(约1017cm-3),从而发射结耗尽层电容大大减小,器件的 fT 增大。GaN基HBT可研发为微波功率放大器件或高压开关器件,其目标特性为高射极注入系数、长的少子寿命、短的基区渡越时间、高击穿电压。
2.3 SiC材料
SiC基结型场效应晶体管(JFET)和肖特基栅场效应晶体管(MESFET)
SiC基MESFET和JFET的沟道载流子的等效迁移率比较高,因此SiC基MESFET主要被开发为微波功率器件,而JFET则是高压功率开关器件。SiC基MESFET可以用于X波段以下的微波频段,其性能优势为线性化程度比较理想,输出阻抗高,从而大大降低对匹配网络的要求,降低了制作和设计成本。SiC基JFET具有超低RSP,也能在较高和较低温度以及较高频率下工作。
3 结束语
化合物半导体集成电路和普通半导体集成电路相比具有明显的优势,适合于高频高速电路的要求。并且化合物半导体可以发光,可以实现光电集成。因此化合物半导体有更广泛的发展空间。
参考文献:
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篇4
关键词：半导体制冷；帕尔帖效应；制冷效率；热电堆
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.252
0 引言
上个世纪初，人们做了很多电磁的实验，发现了金属材料的热电效应，但是由于这些金属材料的热电性能比较差，所以效率是非常低的。直到本世纪50年代之后，半导体材料发展迅速，所以致使热电效率也大幅的增加，从而使热电制冷也开始发展。由于半导体材料具有非常好的热电能量转换性质，将它的这一性质在热电制冷中得到了应用，所以把热电制冷叫做半导体制冷；同时又由于帕尔帖效应与温差发电对应，所以又叫做温差电制冷。这种比较新型的制冷技术与传统的制冷技术不同，没有制冷剂和一些制冷设备，从而在一些特殊的领域中将得到十分广阔的前景。
热电效应是由塞贝克、珀尔帖、汤姆逊、焦耳和富里叶五种不同的效应组成的，其中前三种效应电和热能相互转换是直接可逆的，另外两种效应的热是不可逆效应。
1 半导体制冷技术
1.1 半导体制冷的原理
热电制冷装置是由热电制冷效率较好的，热电效应比较明显的半导体热电偶构成的。如图1-1所示，把一只N型半导体元件和一个P型半导体元件组合成的热电偶，通电之后，就会在接头处产生热量的转移和温度差。对于N型半导体，其导电机构是自由电子，与金属的价电子相类似；对于P型半导体，其导电机构是空穴，与自由电子的区别是电荷数相等而符号相反。所以，上面的接头处是冷端，吸热且温度下降，电流的方向是N到P；下面的接头处是热端，放热且温度上升，电流的方向是P到N。其次借助热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中去不断的吸热降温，这就是热电制冷器的工作原理。
Z代表了热点材料的一种特性。同时可以决定制冷元件所能达到的最大温差。由上式可以得到，为了提高优值系数Z，就要提高温差电动势α，降低电阻率R和导热系数K。上式公式也说明热电材料性能的提高还要有待于半导体材料的发展，因为金属的热电势很低，而半导体靠空穴和电子可以呈现出非常大的温差电动势。
其次电偶在热端放出的热量：QH=Q0+Q1，其中Q1为一对电偶的消耗功率，故放热系数ε1 = QH/Q1 = 1+ε。可以看出利用热电原理做热泵是很有利的。
1.2 多级半导体制冷
一个P型和N型半导体制冷元件与连接片串联起来，组成的制冷单元称为单级热电堆。但是由于单个制冷电偶的制冷效率比较低，如果把电偶进行串联或并联起来组成多级热电堆，这样就会增大制冷温差，所以制冷效率将会大大提高。
如下图所示，图1-2是常见的二级堆串联电路，图1-3是常见的二级堆并联电路，图1-4是常见的串并联混合电路。
串联型多级热电堆的特点是各级的电流都相同。级与级之间需要一层电绝缘导热层，（一般用阳级氧化铝、氧化铍等[1]），同时为了使每一级都处于最佳工作电流，上一级元件的长度比下一级元件的长度要略长一点，来防止上一级元件电导率增加引起的电流的偏离。对于串联型多级热电堆在同一温差和承受同一负载时要比并联型消耗较大的功率。
并联型多级热电堆的特点是工作电流较大，级与级之间无需电绝缘导热层，因此级间无有害温差。同时各级的电偶数与级数应对应相等，每一级的两边的两个元件的截面积应比中间的大一些。其次把并联型多级堆各级的中间部位断开，在级与级之间加上绝缘层之后，用导线连接起来可以成为串联多级电堆。
串并联多级热电堆的特点结合串联型多级热电堆的特点和并联型多级热电堆的特点。
如前所述，热端的散热量比冷端产冷量要大很多倍，由QH = Q0 + Q1可知，为了得到较大温差，第一级元件对数比第二级元件对数大许多倍。由于这个因素以及温度越低热电性能越差，所以级数不宜过多，一般2到3级为宜。
1.3 半导体制冷技术与机械压缩制冷技术的异同
半导体制冷与机械压缩制冷相比，在正常工作通入电流时，自由电子和空穴在电场的作用下，离开热电堆的冷端向热端运动，这一过程相当于制冷机中的压缩过程，其中热电堆起压缩机的作用。在热电堆的冷端，通过热交换器吸热，同时产生空穴―电子对，这一过程相当于在蒸发器中的吸热和蒸发过程，其中冷端及其热交换器起着蒸发器的作用。在热电堆的热端，发生空穴―电子对的复合，同时通过热交换器散热，相当于制冷剂在冷凝器的放热和凝结，其中热端及其热交换器起着冷凝器的作用。
半导体制冷与机械压缩制冷的区别在于：不使用制冷剂，有很好的环境友好型，消除了制冷剂泄漏对环境的危害，所以对一些特定的场合比较适用；没有制冷装置的运动部件，所以无噪音，无振动，工作可靠，维护比较方便；半导体制冷的尺寸比较小型化，在一些场合可以提现出它的优势；半导体制冷可以通过调节工作电压来改变它的制冷量；半导体制冷一般使用直流电工作，所以对工作电压的脉动范围有一定的要求。
基于以上半导体制冷所表现出来的特点，在一些特殊的，不能使用制冷剂的情况中，以及一些小容量等一些制冷条件中，半导体制冷表现出了它的优越性，同时也成为了现代制冷技术中的一个重要的组成部分。
2 半导体制冷技术的发展前景
2.1 半导体制冷在工业技术的应用
半导体制冷在工业上的应用也是非常广泛的，一些产品的生产工艺及产品的性能的测试都离不开半导体制冷；一些变电站的除湿问题也需要通过半导体制冷解决；油等一些液体的恒温控制，通过半导体制冷都能很方便的解决。其次半导体制冷在真空技术中也有非常重要的应用。所以，半导体制冷技术的发展对工业技术具有非常大的意义。
2.2 半导体制冷在电子技术的应用
半导体制冷在电子技术的发展中是一项不可缺少的先进技术，在一些大规模的集成电路，功率元件和一些设备冷却方面，半导体都提现了它独一无二的功能。同时，随着现代技术的进步，对各类电子元器件的温度性能要求越来越高，而利用热电制冷器的正反向工作特性，就能早就一个合适的高低温条件，而且工作容积非常小，使用方便，应用范围也非常广泛。
2.3 半导体制冷在测温技术的应用
随着现代制冷技术的进步，半导体制冷技术在测温技术方面也表现出了它极大的优势。例如半导体制冷零点仪的出现，改变了一般习惯上使用冰作为电热偶测温零度基准点的传统，并且操作简单，零点准确，在测温技术中是一个重大的创新。由此可见半导体制冷在测温技术中的应用是其他制冷技术所不能代替的。
3 结论
（1）半导体制冷技术虽然在制冷过程中表现出了它独特的优势，但是其制冷效率还是比较低的，所以现在提高半导体的优值系数Z显得尤为重要。
（2）相比与单级制冷热电堆，多级制冷热电堆可以获得更大的温差和更低的温度，所以大大提高了制冷效率，同时也更加实用。
（3）半导体制冷在一些特殊行业和环境中的应用以及考虑节能等因素，表现出了它的重要性，对半导体制冷技术的深入研究是非常必要的。
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篇5
关键词：热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性
1、引言
热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。因此，热敏电阻一般可以分为:
Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件
常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件
常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越校应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。
2、实验装置及原理
【实验装置】
FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。
【实验原理】
根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为
（1—1）
式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为
（1—2）
式中 为两电极间距离， 为热敏电阻的横截面， 。
对某一特定电阻而言， 与b均为常数，用实验方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有
（1—3）
上式表明 与 呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值，
以 为横坐标， 为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。
热敏电阻的电阻温度系数 下式给出
（1—4）
从上述方法求得的b值和室温代入式（1—4），就可以算出室温时的电阻温度系数。
热敏电阻 在不同温度时的电阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出 ，就可以得到 值。
当负载电阻 ，即电桥输出处于开
路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。
若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4R4+R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为：
（1—5）
在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 ， ，且 ，则
（1—6）
式中R和 均为预调平衡后的电阻值，测得电压输出后，通过式（1—6）运算可得R，从而求的 =R4+R。
3、热敏电阻的电阻温度特性研究
根据表一中MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻~温度特性研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 的值，以确保电压输出不会溢出（本实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω）。
根据桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表（表二）。
表一 MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）之电阻～温度特性
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
表二 非平衡电桥电压输出形式（立式）测量MF51型热敏电阻的数据
i 9 10
温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4
热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4
0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4
0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9
4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.692.9 2507.6 2345.1
根据表二所得的数据作出 ～ 图，如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）的电阻～温度特性的数学表达式为 。
4、实验结果误差
通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻～温度特性的测量值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示：
表三 实验结果比较
温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65
参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748
测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823
相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00
从上述结果来看，基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现，随着温度的升高，电阻值变小，但是相对误差却在变大，这主要是由内热效应而引起的。
5、内热效应的影响
在实验过程中，由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过，热敏电阻的电阻值大，体积小，热容量小，因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升，这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时，必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。
6、实验小结
通过实验，我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器，可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出，特别适于高精度测量。又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。
参考文献：
[1] 竺江峰，芦立娟，鲁晓东。 大学物理实验[M]
[2] 杨述武，杨介信，陈国英。普通物理实验（二、电磁学部分）[M] 北京：高等教育出版社
篇6
关键词：InP；HEMT；流体力学模型；特性仿真
1 前言
InP基高电子迁移率晶体管（HEMT），相比与于传统的晶体管器件，以其独特的高迁移率、低噪声、高增益特性，在国防航天、毫米波通信、卫星遥感以及雷达等军民用领域，拥有非常广阔的应用前景[3，4]。本文通过模拟仿真研究 InP基 HEMT 器件的基本特性，包括直流特性，交流特性等，对器件的工艺设计有着重要的意义。目前，国内外对 InP 基 HEMT 进行了制备上的大量研究，但是对器件模型以及仿真平台的研究还有大量的工作，以及其他技术和基础科学上的研究有待进一步进行。
本文的工程中，采用 Sentaurus TCAD 半导体器件模拟仿真软件，针对 InP 基HEMT 建立流体力学模型的模拟仿真平台，通过观察分析仿真的结果，为化合物半导体器件的进一步研究提供了理论支持。
2 InP 基 HEMT 仿真模型分析
半导体器件在仿真的时候使用的物理模型包括传统的蒙特卡罗模型、传统的漂移扩散模型和适合深亚微米器件的流体力学模型。出于计算效率的原因，本文主要使用了流体力学模型模拟仿真了 InP 基 HEMT 的转移特性、输出特性和频率特性。并对其进行了分析研究。
3 In P基HEMT器件仿真特性研究
用Sentaurus TCAD 软件进行InP基InGaAs/InAlAs 材料HEMT 器件的仿真，主要研究分析了其直流特性和交流特性，结果显示该模型能够很好的对目标器件进行特性上的仿真。
本论文所建工程中，器件上层为高掺杂帽层，以减小接触电阻。中间为T型栅，其次为12nm厚InAlAs厚势垒层，再加上Si材料delt 掺杂层，提供沟道层的二维电子气。下面是 3nm 厚 In Al As 材料的隔离层。沟道层材料为InGaAs材料，厚度为15nm。下层为缓冲层和InP材料衬底。
3.1 直流特性分析
图2和图3分别表示不同栅槽深度器件的转移特性，跨导，和输出特性。从仿真结果中可以看出，栅槽越深，阈值电压越大，而跨导值也会变大，输出特性的值会减小。因此，栅槽深度对器件直流特性的影响相当重要，要得到较好的器件特性，应综合考虑栅槽深度对各种参数的影响，从而在器件的实际制作中结合工艺制作相应的尺寸。
不同栅槽宽度对器件特性的影响可由图 4 和图5 显示。根据仿真过程发现，栅槽宽度对器件的转移特性和跨导有很大影响。没有合适的栅槽宽度，会得到很不理想的特性曲线。经过不断的尝试，最终得到合适的栅槽宽度。由仿真结果可发现，栅槽宽度对输出特性的影响并没有跨导那么大。仿真结果符合实际。在实际栅槽腐蚀中，栅槽宽度很难控制，往往材料在横向上是相同的，腐蚀液很容易扩散，因此实际的腐蚀宽度很难把握，而纵向是异种材料，通过选择腐蚀比较容易控制栅槽的纵向深度。
如图6 所示，栅极势垒值对转移特性和跨导的影响仅限于增大减小阈值电压，对跨导的大小并没有影响。从图7可以看出，对于输出特性，不同势垒值影响了其输出值的大小，随着Vd的增大，曲线先增大后趋于稳定。从器件结构可知，势垒的不同使栅极电压对二维电子气的浓度的影响有所变化，因此导致了输出Id的不同。
3.2 交流特性分析
结合实际工艺中的栅槽腐蚀，定义了不同栅槽深度，主要仿真了不同栅槽深度下的fmax和fT，分析了栅槽深度对器件交流特性的影响。
HEMT交流特性中，我们主要关注器件的频率特性，其中最重要的两个指标分别为截止频率fT以及最高振荡频率fmax，截止频率指的是漏极电流的增益h21下降为1时的频率。最高振荡频率fmax时的是晶体管的单向化功率增益为1时的器件工作频率，也是器件所能进行功率放大作用的最高工作频率[5]。
从图8和图9仿真结果可以看出，深槽深度在3nm时的fmax和ft均大于1nm和5nm时，即表明，栅槽深度在一个合适值的时候，fmax和ft才会达到最大值，而且栅槽深度不应该过小，也不应该过大，应处于一个合适的区间。这一仿真结果对实际器件研发有直到性的意义，应综合分析器件各特性，寻找最合适的栅槽深度。据调研，目前数字腐g这一方法可以精确刻蚀栅槽深度，因此对制造理想栅槽深度的器件很有意义。
4 结论
从仿真结果来看，所建立的InP基HEMT器件模型具有良好的半导体器件特性，适用于高频电路。但仍需不断优化改良，后续的工作可进一步放在 HEMT的栅槽。应进一步完善栅槽腐蚀的工艺，确保栅槽腐蚀更为精确，以免与实际要求差异太大而影响器件的应用。在仿真工作中，所模拟的掺杂情况与实际器件可能有一定差异，为更精确的模拟器件，还应该进一步研究所建立的器件模型中的掺杂分布情况，并完善SDE中的模型。
参考文献
[1]姚立华.国外InPHEMT和InPHBT的发展现状及应用[J].半导体技术，2009，11：1053-1057.
[2]高勇.半导体材料科学中的漂移扩散模型和流体动力学模型分析[D].河南大学，2004.
篇7
1、概述
热电制冷是具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时具有制冷功能，由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性，所以人们把热电制冷称为半导体制冷。由于其结构紧凑、体积小、可靠性强、制冷迅速、操作简单、容易实现高精度的温度控制、无环境污染等优点，半导体制冷的应用范围渗透到各个行业，尤其在制冷量不大，又要求装置小型化的场合，更有其优越性，甚至在某些方面，有着压缩式无法替代的能力。
本文主要介绍半导体制冷的相关技术领域的专利申请数据进行统计、整理以及分析，总结该技术领域专利技术的特点、现状以及发展趋势，通过获取国内外该领域的专利申请情况，简要分析半导体制冷技术的研究进展。
2、半导体制冷原理
半导体制冷是利用半导体材料组成P-N结，通过两端施加直流电进行制冷， 将电能直接转化为热能的技术。
载流子从一种材料迁移到另一种材料形成电流，而每种材料载流子的势能不同。因此，为了满足能量守恒的要求，载流子通过结点时，必然与其周围环境进行能量的交换。能级的改变是现象的本质，这使构成制冷系统成为可能。
如图1把一只P型半导体元件和一只N型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量转移。在上面的接头处，电流方向是N P，温度下降并吸热，这就是冷端。而在下面的接头处，电流方向是PN，温度上升并放热， 因此是热端。
3、专利技术现状分析
半导体制冷由于应用范围很广泛，除主要用于制冷、通风及温度控制的系统外，其他领域的涉及也很多。因此主要在VEN数据库、CNABS数据库里通过半导体制冷、热电制冷、温差电制冷的关键词进行专利文献的分析，以上述所有的专利文献为研究对象，其中VEN中的文献11666篇，CNABS中的文献5214篇。
3.1 全球申请量的年度发展趋势
由图5中可以看出，从1970年起半导体制冷的专利申请逐年相对稳定增长，我国应用半导体制冷的第一件专利申请出现在1987年。世界范围内在1970年～1988年这段时间申请量较少，1988年以后，申请量开始逐年稳定增长。近两年的时间里，随着半导体制冷材料的不断改进，半导体制冷技术正处于一个快速发展的时期，并且由于半导体制冷技术存在着一些缺点和不足，还有很大发展的空间，从图中也可以很明显看出，半导体制冷领域的专利申请大部分都在中国，可见我国对于该领域给予了很高的重视。
3.2 国家和地区分布
图6示出世界范围内半导体制冷领域专利申请量按国家和地区的分布情况。从图6可以看出中国的专利申请量远远大于其他各个国家，占据了全部专利申请量的42%，处于世界的领先地位。其次是美国、日本和欧洲其他发达国家。
3.3 中国申请专利分析
3.3.1 各领域分布情况
半导体制冷的应用分类号的前五名为：F25B21+、F24F5+、F25D11+、G05D23+、H01S3+，其中前三个分类号为制冷、冷却、空气调节、通风相关领域，G05D23/00为温度的控制，H01S3/00为激光器，可见除制冷、温度控制等专业领域外，半导体制冷在激光器的冷却应用可以达到比较好的效果。另外，由于半导体制冷可应用于各个行业，针对行业应用情况进行统计，如下图所示：
3.3.2 主要申请人
表1示出了在华申请量前20名的申请人，大部分为高校和研究所申请，还包括部分公司申请及个人申请。
可见，我国的半导体制冷领域大部分还停留在理论研究阶段，尚未发展成熟。可以预见对半导体制冷领域的研究将越来越深入，也会逐步的将其应用于产品中。
3.4 国外专利申请分析
3.4.1各领域分布情况
如图8所示，在世界范围内，半导体制冷领域多应用于电学类，其次为机械、照明、加热，由于半导体制冷在制冷量不大，又要求装置小型化的场合有着明显的优势，因此在电学领域应用最广也是可以预见的，从此也可以看出世界范围内的发展已经达到了比较成熟的程度，可以将其广泛的应用于最适合的领域。
3.4.2 主要申请人
表2示出了世界范围内申请量前20名的申请人，大部分为外国企业申请，且日本申请占据大多数。可见，在世界范围内半导体制冷领域已经广泛的应用于实际应用中，而虽然我国的申请量占据大多数，但整体实用价值不明显。但是，现在正是我国半导体制冷技术发展的高峰期，随着技术的不断完善，将其大量的应用于实践也是必然的趋势。
4、小结
中国是一个能耗大国，如何能降低能耗，实现可持续发展，研究和开发具有环境友好型的技术就成为一种必须。半导体制冷作为一种新兴发展起来的制冷技术，是一种具有良好前景的制冷方式。由于半导体制冷具有清洁、无噪音污染和有害物质排放、寿命长、坚固、可靠性高、稳定性好等一系列优点，符合绿色环保要求，对国民经济的可持续发展具有重要的战略意义。目前，我国的半导体制冷领域正处于快速发展的阶段，应继续加强对该领域的研究，我国企业也应加大创新力度，完善优化系统结构，以实现半导体制冷的普遍应用。
参考文献
篇8
与无机晶体管相比，有机薄膜晶体管具有下述主要优点:有机薄膜的成膜技术更多、更新，如Langmuir－Blodgett（LB）技术、分子自组装技术、真空蒸镀、喷墨打印等，从而使制作工艺简单、多样、成本低；器件的尺寸能做得更小，集成度更高，分子尺度的减小和集成度的提高意味着操作功率的减小以及运算速度的提高；以有机聚合物制成的晶体管，其电性能可通过对有机分子结构进行适当的修饰而得到满意的结果；有机物易于获得，有机场效应管的制作工艺也更为简单，它并不要求严格的控制气氛条件和苛刻的纯度要求，因而能有效地降低器件的成本；全部由有机材料制备的所谓“全有机”的晶体管呈现出非常好的柔韧性，而且质量轻，携带方便。有研究表明，对器件进行适度的扭曲或弯曲，器件的电特性并没有显著的改变。良好的柔韧性进一步拓宽了有机晶体管的使用范围。
OTFT的研究历程
OTFT迁移率和开关电流比是其两个重要的参数:晶体管的迁移率越大，实际运作速度越快;开关电流比越大，所驱动的器件的对比度越好。
1980年年初，人们将有机半导体聚噻吩引入晶体管中，开创了有机薄膜晶体管的研究。但令人遗憾的是当时器件的迁移率只有1×10-5 cm2/V•s，工作频率只有1 Hz左右，开关电流比102～103。在近20年的研究过程中，为提高器件的载流子迁移率、工作频率和降低驱动电压，人们在寻找新的有机材料、改进器件结构和制备工艺等方面进行了大量的工作。
1997年，人们利用并五苯作为有机材料采用层积法制作的有机薄膜场晶体管的迁移率达到了0.7 cm2/V•s，开关电流比为1×108，这足以和无定形硅薄膜晶体管（迁移率0.5 cm2/V•s，开关电流比为1×108）相媲美。2000年，Bell实验室的J.H.Schon等人利用并四苯单晶作有源层，利用双场效应制成有机电注入激光器，在室温下器件的载流子迁移率达到2 cm2/V•s，低温下可达到1×103～1×105 cm2/V•s，开辟了新的有机器件的研究领域。2001年，贝尔实验室的科学家利用高纯的并五苯单晶使载流子迁移率达到3.2 cm2/V•s，开关电流比达到1×109，工作频率达到700 kHz～11 MHz。
聚合物材料中，六噻吩是目前发现的迁移率最高的有机材料，利用做有机半导体制作的OTFT中，电子和空穴的迁移率分别达到0.7 cm2/V•s和1.1 cm2/V•s。1994年，利用打印法制备了全聚合物的OTFT，得到的晶体管载流子迁移率达到0.06 cm2/V•s，为OTFT的廉价和大面积制备打下了基础。最近，剑桥大学和爱普生公司利用喷墨打印法，采用由于亲水性和疏水性而产生自组织化特性的聚合物P3HT制成晶体管，器件的电极都为高分子材料，沟道长度达5～10 mm，载流子迁移率达到0.02～0.1 cm2/V•s，开关电流比达到1×105，工作频率达到250 Hz。这使得有机薄膜场效应晶体管的低成本、批量生产成为可能。目前，器件的载流子迁移率可达到1 cm2/V•s，开关电流比达到1×107。
OTFT的制作工艺
从制作方式来区分，OTFT有真空沉淀和溶液处理两种方式。
真空沉淀技术一般用于有机小分子材料，经常使用的方法有两种：一种是热蒸镀；另一种是气相沉淀。其中，热蒸镀是将有机材料置于坩锅中，加热至材料的升华温度，使得材料在基板上沉淀。利用真空蒸镀制备有机器件是目前最广泛使用的工艺。有机材料的纯度对于晶体的生长有相当大的影响，为了提高纯度，可以使用热梯度法。
而气相沉淀与热蒸镀最大的差别在于利用惰性气体为媒介气体，将有机蒸汽带到基板上。并且基板摆放也与热蒸镀相反，基板位于腔体下方，有机蒸汽经过蒸汽喷头由下而上至基板。
溶液处理方式可用于聚合物和可溶解的有机小分子，包括旋转涂布和喷墨打印等方法。旋转喷涂是将有机材料溶于有机溶剂，均匀地涂在基板上，经过高速旋转形成有机薄膜。溶液的浓度和旋转的速度影响有机薄膜的厚度和均匀性。印刷技术包括屏幕打印、喷墨打印和接触打印等方法。国际上，已有多个实验室用印刷技术制备有机薄膜晶体管，其中研制印刷用试剂是关键，各种有机半导体或绝缘体都可按某种花样图案，一层一层地印制在柔性衬底上，最后成为一个完整有机薄膜晶体管。目前，研究集中在打印技术方面，其线宽可小于1 μm。其中喷墨打印法就是像打印机打字一样将有机打印到衬底材料上。用喷墨打印头制备的有机晶体管阵列的级延迟小于40 μs，虽无法和硅器件相比，但已经取得了很大进展。这项技术的发展为大规模、大尺寸产品生产提供了工艺方法。
OTFT的材料
OTFT最关键的技术之一是有机半导体材料。有机薄膜晶体管对所用的有机半导体材料有着特殊的要求：高迁移率、低本征电导率。高迁移率是为了保证器件的开关速度，低本征电导率是为了尽可能地降低器件的漏电流，从而提高器件的开关比，增加器件的可靠性。
按照材料传输载流子电荷的不同，可分为N型半导体材料和P型半导体材料。N型半导体是指载流子电荷为负，即载流子为电子；P型半导体是指载流子电荷为正，即载流子为空穴。
目前用于有机薄膜晶体管的N型材料主要以富勒烯（C60）为代表。它的电荷迁移率远高于其他N型材料，利用这种材料制备的有机薄膜晶体管的迁移率可以达到0.1 cm2/V•s，开关电流比超过105。其他材料有C70、 四羧酸类材料等，但性能并不理想。同时由于这类N型半导体材料对空气和水比较敏感，所以制备的器件的性能不稳定。
多数有机材料都是P型半导体，包括金属配合物、寡聚材料、聚合物。酞菁类化合物是制备OTFT最早使用的材料，也是常用材料之一。通过取代中间的金属，可以得到各种配位化合物，所制备的器件的迁移率在10-4～10-2 cm2/V•s的范围内。寡聚噻吩是寡聚材料的代表，在OTFT的研究中被大量使用，它可以通过调整分子的结构和长度来控制载流子的传输，也可以通过修饰分子以改善分子的连接形式。曾被使用过的材料有并四苯、并五苯、并六苯、红荧烯和蒽等，其中并五苯所制作的器件的特性是现阶段最优秀的，迁移率超过2 cm2/V•s，开关电流比达到108。聚合物也是较早使用在OTFT中的材料，包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯酚、聚2,5噻吩乙炔等。第一个OTFT所用的半导体材料也是高分子半导体材料，但当时的载流子迁移率只有10-5 cm2/V•s。在人们的不断改进下，聚合物器件性能不断提高，目前利用聚合物半导体材料制备的OTFT的载流子迁移率达到了0.1 cm2/V•s。
除有机半导体材料外，绝缘层材料和电极也对OTFT的性能有重大影响。
由于半导体材料一般沉淀到绝缘层上，因此绝缘层表面的性质对半导体材料成膜的形貌和载流子传输都有重要的影响。按照材料的元素不同，可分为无机绝缘材料和有机绝缘材料。无机材料包括SiO2、SiNx、Al2O3等。与无机材料相比，有机绝缘材料具有工艺简单、成本低廉、可制作在柔性基板上等优点，包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚酰亚胺（PI）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯基苯酚（PVP）等。对绝缘层表面进行加工和修饰也可以提高器件的性能。
选择金属电极材料的基本原则是电极可以与有机半导体形成很好的能级匹配。对于p型有机半导体材料，要求电极的功函数与材料的HOMO能级之间的势垒较小；而对于n型材料，要求电极的功函数与材料的LOMO能级之间的势垒较小，以减少因势垒存在而导致器件性能下降，提高载流子的注入效率。常用电极材料有金属的铝、金、铂、铬、ITO、石墨等。
OTFT的发展方向
OTFT的研究已经广泛地进行，但目前仍然存在许多缺点和问题：现有的关于半导体能带理论是建立在无机材料的基础上，对OTFT中一些现象无法给出合理的解释。有机薄膜晶体管的开关速度不稳，在晶体管的内部可能发生摆动，从而使各种信息滞后。大多数有机材料的迁移率都很低，与无机多晶和单晶材料的迁移率相比要小得多，因而其导电性并不尽如人意。有机半导体材料大多数为p形材料，n型材料较少，类型过于单一，这也限制了有机晶体管的进一步发展。外界环境如水、氧以及光和温度等，都对OTFT器件的稳定性有重大的影响，导致器件性能的衰减。
篇9
关键词：服务器、半导体制冷、温控
0 引言
在专业技术领域，如大型服务器及服务集群等商业化的大规模计算服务中心，仍然需要高效的散热及温控技术来保证高精度的数据服务。这就需要必须采用高效的散热技术来解决实际问题。对比常规的风冷技术、水冷技术，半导体制冷技术的优势在于提供了主动的制冷方式，其散热效果是其他技术无法比拟的，并且在半导体制冷的实际应用中，证明了主动的制冷散热方式为服务器运行的保障是具有实际效果的。但是，对于半导体制冷技术应用的条件很严格，根据其技术的基础情况，要从服务器环境管理、温度监测及控制、辅助散热技术等多方面技术进行综合运用，实现服务器的环境管控。
1 服务器环境
1.1 服务器构架复杂
服务器由于用途与传统的计算机并不相同，所以在服务器主板与其他服务器配件都与普通的计算机有所出入，服务器内部构造是与其主要用途决定的，所以很多服务器并非采用传统的兼容构架，而是根据其特定用途进行设计的。例如：单一的主板对多CPU的支持，多内存，多显卡，多外接设备等的支持。如图1所示。
1.2 服务器空间有限
服务器的空间是由服务器机箱规格决定的，按照1U、2U、刀片服务器等不同规格决定，由于在有限的空间中需要放置更多的设备，所以决定不能将更大面积的散热设备至于其中，这就决定了服务器散热必须采用高效地的设备来解决实际问题。
1.3 服务器散热方式
传统的服务器散热方式与普通PC机基本相同，主要由风冷式散热、水冷式散热。其中：风冷式散热主要由导热片和风扇组成，导热片多采用铜、铝材质的不同制程工艺制造，风扇多为带有温控设计。风冷散热优点是制造简单、价格低廉，但由于散热方式决定了其效能不高，不能满足要求较高的环境；水冷式散热是将风冷式的风扇替换为液体，通过液体循环传热体质达到散热效果。
2 半导体制冷技术
2.1 半导体制冷的原理
热电制冷是具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时具有制冷功能，由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性，所以人们把热电制冷称为半导体制冷。详见图2所示。半导体制冷是建立于塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应、傅立叶效应共五种热电效应基础上的制冷新技术。其中，塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应三种效应表明电和热能相互转换是直接可逆的，另外两种效应是热的不可逆效应。
（1）塞贝克效应， 1821年，塞贝克发现在用两种不同导体组成闭合回路中，当两个连接点温度不同时（T1
（2）珀尔帖效应，珀尔帖效应是塞贝克效应的逆过程。由两种不同材料构成回路时，回路的一端吸收热量，另一端则放出热量。
（3）汤姆逊效应，若电流过有温度梯度的导体，则在导体和周围环境之间将进行能量交换。
（4）焦耳效应，单位时间内由稳定电流产生的热量等于导体电阻和电流平方的乘积。
（5）傅立叶效应，单位时间内经过均匀介质沿某一方向传导的热量与垂直这个方向的面积和该方向温度梯度的乘积成正比。
2.2 半导体制冷的效果测试
本文主要进行 CPU 在只有风扇情况下和CPU 在接入半导体制冷片时的试验： （ 1） CPU 在只有风冷（ 风扇） 情况下的散热： 先把半导体制冷片从整个装置中取出，将 CPU 直接贴在散热器上，然后给 CPU 和电扇都接通直流电源，风扇两端电压稳定在 12V，CPU 两端加电压从 5V ～8V，每次增加 1V，用数据采集仪记录在每个电压下的CPU 从初始状态到稳态的温度数据； （ 2） CPU 在接入半导体制冷片时的散热： 把半导体制冷片放入装置，冷端贴在 CPU 上，热端贴在散热器上，先给 CPU 和风扇接通直流电源，风扇两端电压仍稳定在 12V。给 CPU 两端加 5V 电压，一段时间后给制冷片两端加电压 3V ～7V，每次增加 1V，记录在每个制冷片输入电压下制冷片冷端和热端从初态到稳态的温度数据，再分别给 CPU 两端加 7 ～8V 电压，进行相同的操作。
在进行试验时，整个装置除了风冷装置以外全部放入隔热槽中，这样热量只能纵向传导，所以整个问题可以近似为一维导热问题。
2.3 试验结果的分析与讨论
半导体制冷片的降温效果详见图3 为 CPU 输入电压为 5. 0V 时，有无制冷片时的 CPU 温度对比。有无制冷片时的 CPU 温度随时间变化曲线从图中可明显看出半导体制冷片对 CPU 的降温效果明显。不接入制冷片时，CPU 温度从室温上升至平衡温度而保持稳定。当制冷片接入时，CPU 温度开始降低，约经过 300s 后达到稳定状态。制冷片输入电压为 3. 0V 时，CPU 温度从38. 7℃ 降至 25. 2℃ ，明显低于了测量时的环境温度。
3 总结
在计算机发展中，服务器的散热环境是非常复杂的，对于传统散热方式与半导体制冷方式的对比可以直接反映出半导体制冷技术的优越性。本文经过分析，证明了半导体制冷技术在计算机服务器中的实际应用的可行性和其价值的体现。
参考文献：
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[3]徐晓斌，刘长敏，陈照章，等.基于半导体制冷器的微机温控显微系统[J]. 微计算机信息， 2006， 22 （12 ） ： 28 - 30.
[4]程文龙，刘期聂，赵锐，等. 喷雾冷却发热表面温度非均匀性实验研究[J]. 热科学与技术，2008，7（ 4） ： 301-307.
篇10
你的电路未被采用或遭停用，原因可能有很多种，但总体而言，不外乎客户对于产品品质、可靠性、价格以及服务等需求没有得到满足。满足这些需求有助于提升客户满意度，从而最大限度地争取到再次合作的机会。而选择能够满足客户需求的元器件，将大幅提高产品的性能，进而增加重获订单的胜算。简而言之，你的目标是尽一切可能，让客户的产品成为业界翘楚。
能让客户感到满意的事项林林总总，至关重要的一点，则是确保产品在其使用寿命周期内“零故障”运行。倘若在使用中出现故障，而故障归结于你的产品质量存在问题，这不仅会让公司名誉扫地，更会让客户对你避之不及。
你必须确保在设计和生产过程中，使用高品质、高可靠性的元器件，千万不要采用那些来路不明的元器件。在这方面节省，其实并不划算。一个有瑕疵的元器件，造成一件不合格产品，很可能会对公司声誉造成永久损害，导致客户和业务流失。再次强调，你的目标是尽一切可能，提高客户产品品质。
一个电路所采用的元件中，最关键而最容易设计错误或被误用的，往往是半导体元器件。在接到的客户投诉中，九成以上源于元器件的误用——往往是超过一个或者多个电气参数所允许的最大值。半导体元器件运作正常时，功效惊人，但元器件必须在额定值范围内操作。根据我们的经验，防止半导体过度损耗，设计方面需要考虑的、最重要的因素有三项：预防可能造成的电压过大，或电流尖峰，以及交界处（Tj）过热。尖峰可能是外部源头反馈或元器件之间的不良互动引起的。
对可靠性严格标准单一PPM值的考量是非常重要的。这一级别的考量，需要对大量同一系列产品进行以百万小时计的持续寿命试验，才有可能得到结果，以保持最小的故障率。
高性能的元器件，取材于高品质的晶圆，并且通过日积月累不断完善设计，在封装以及随后的高温稳定性烘烤和应用于终端产品的整个寿命周期内，芯片的电气特性保持恒久不变。
半导体参数列出了典型电气特性以及极限和最大额定值。电路设计者必须确定半导体元器件的电压、电流和温度不超过最大额定值。任何电路元器件不良互动或外来作用都可能引起过高的电压或电流尖峰，造成穿孔和交界点融化。结温（Tj）过热往往是由于考虑不当，限定热阻值应用不正确所导致。