ما هو أشباه الموصلات؟ كيف يتم تبريد أشباه الموصلات؟

تبريد أشباه الموصلات، المعروف أيضًا باسم التبريد الإلكتروني، أو التبريد الحراري، هو نظام تم تطويره منذ الخمسينيات من القرن الماضي على حافة تكنولوجيا التبريد وتكنولوجيا أشباه الموصلات. إنها تستخدم وصلات PN مكونة من مواد شبه موصلة خاصة لتشكيل أزواج مزدوجة حرارية وإنتاج بيرل. يُطلق على نوع جديد من طريقة التبريد من خلال التبريد بالتيار المباشر، جنبًا إلى جنب مع التبريد بالضغط والتبريد بالامتصاص، طرق التبريد الثلاثة الرئيسية في العالم.

مبدأ التبريد لزعانف التبريد أشباه الموصلات

يُطلق على فيلم تبريد أشباه الموصلات (TE) أيضًا اسم فيلم التبريد الحراري. إنها نوع من المضخات الحرارية. ميزتها هي أنها لا تحتوي على أجزاء منزلقة. يتم استخدامه في بعض المناسبات حيث المساحة محدودة، والموثوقية العالية مطلوبة، ولا يوجد تلوث بغاز التبريد.

عملية تشغيل لوح التبريد بأشباه الموصلات هي تيار مباشر، والذي يمكن استخدامه للتبريد والتدفئة. من خلال تغيير قطبية التيار المباشر، تقرر تحقيق التبريد أو التسخين على نفس لوح التبريد. يتم إنتاج هذا التأثير بواسطة مبدأ الكهرباء الحرارية، كما هو موضح في الشكل أعلاه. شريحة تبريد متجانسة، تتكون من صفحتين من السيراميك، يوجد بينهما مواد شبه موصلة من النوع N والنوع P (تيلورايد البزموت). يتم توصيل عنصر أشباه الموصلات هذا على التوالي في الدائرة. عمل ورقة التبريد أشباه الموصلات المبدأ هو: عندما يتم توصيل قطعة من مادة أشباه الموصلات من النوع N وقطعة من مادة أشباه الموصلات من النوع P لتشكيل زوج كلفاني، بعد توصيل تيار مستمر في هذه الدائرة، يمكن أن يحدث نقل الطاقة، ويتدفق التيار من عنصر النوع N إلى مفصل عنصر النوع P فيمتص الحرارة ويصبح الطرف البارد. يتدفق العنصر من النوع P إلى مفصل العنصر من النوع N ويطلق الحرارة، التي تصبح النهاية الساخنة. يتم تحديد حجم امتصاص الحرارة وإطلاق الحرارة من خلال حجم التيار وعدد أزواج المواد شبه الموصلة N و P العناصر. الجزء الداخلي من لوح التبريد عبارة عن عمود حراري يتكون من مئات الوصلات الكهربائية لتحقيق تأثير التبريد (التدفئة) المعزز.

 ما هو أشباه الموصلات؟

تشير أشباه الموصلات إلى بعض المواد ذات الموصلية التي يمكن التحكم فيها. هذا النوع من المواد الإلكترونية عبارة عن مادة يمكنها توصيل الكهرباء في درجة حرارة الغرفة، ولكن لا يمكن تسمية شبه موصل بأنه موصل بالكامل لأنه يمكن أيضًا أن يصبح عازلًا في ظل ظروف معينة. ونظرًا لهذه الخصائص لأشباه الموصلات، سيتم استخدامه في المعدات الإلكترونية مثل أجهزة الراديو والتلفزيون. عندما ترتفع درجة حرارة الجهاز، يمكن أن تلعب دورًا في التبريد وتمنع ارتفاع درجة حرارة الأجزاء الأخرى من الاحتراق. ووجد الاستطلاع أن العديد من الأجهزة المنزلية وأدوات العمل التي يستخدمها الناس تحتوي الآن على مواد شبه موصلة.

أداء المواد شبه الموصلة

أشباه الموصلات ليست مادة محددة. إنه موجود بأشكال مختلفة. وفي الوقت نفسه، وبسبب أشكالها المختلفة، تتمتع المواد شبه الموصلة بخصائص أكثر.

1. أشباه الموصلات العنصرية

يشير هذا النوع من أشباه الموصلات إلى استخدام عنصر معين، والعناصر التمثيلية هي السيليكون والقصدير. يمكن لهذه العناصر أن تشكل مواد صلبة ذات خصائص شبه موصلة، كما أنها شديدة التأثر بالتأثيرات الخارجية. وبمجرد مزجها مع الشوائب الأخرى، فإنها سوف تتغير. وبما أن القصدير يتكون من مواد شبه موصلة أقل فعالية، فإن السيليكون والجرمانيوم هما من العناصر الأكثر شيوعًا حاليًا في السوق. يستخدم السيليكون على نطاق واسع في الصناعة، ويتم إنتاج ثاني أكسيد السيليكون أثناء الاستخدام. يمكن لهذه المادة أن تشكل طبقة واقية ويمكن أن تعزز بشكل كبير التشغيل المستقر للمكونات.

2. أشباه الموصلات المركبة العضوية

يشير هذا النوع من أشباه الموصلات إلى البنية التي تحتوي على مركب رابطة كربون معين، ويمكن تشكيل نطاق التوصيل عن طريق تركيب المركب العضوي ورابطة الكربون عموديًا. يتم إدخال نطاق التوصيل إلى نطاق الطاقة عن طريق الإضافة الكيميائية، بحيث يمكن أن تحدث التوصيل الكهربائي، بحيث يمكن تشكيل أشباه الموصلات المركبة العضوية. وبما أن هذا النوع من أشباه الموصلات يتكون من مركبات عضوية، فهو يتمتع بدرجة معينة من الذوبان وطريقة المعالجة بسيطة نسبيًا، مما يمكن أن يساعد الشركات على توفير التكاليف إلى حد كبير. يتحكم هذا النوع من أشباه الموصلات في الموصلية الخاصة به عن طريق التحكم في الجزيئات، لذلك يستخدم غالبًا في مجالات الأغشية الرقيقة العضوية والإضاءة العضوية.

3. أشباه الموصلات غير المتبلورة

ولأن مظهره يشبه الزجاج، فإنه يطلق عليه اسم أشباه الموصلات الزجاجية. تتمتع أشباه الموصلات غير المتبلورة بنفس خصائص المواد غير المتبلورة الأخرى. في معظم الحالات، يوجد في بنية النظام قصير المدى والاضطراب طويل المدى. العنصر الرئيسي هو السيليكون، وهو السيليكون غير المتبلور عن طريق تغيير موضع الذرات. في المرحلة الأولى من تطوير أشباه الموصلات، تعد أشباه الموصلات غير المتبلورة واحدة من أكثر أنواع أشباه الموصلات غير المتبلورة صعوبة في التحكم فيها، ولكن مع التطور المستمر للتكنولوجيا، تم أيضًا استخدام هذا النوع من أشباه الموصلات على نطاق واسع. وبسبب خصائصه الممتصة للضوء، سيتم تطبيقه على الطاقة الشمسية. بين البطاريات وشاشة LCD.

أنواع أنظمة التبريد بأشباه الموصلات

1. تبديد الحرارة بالحمل الحراري للهواء

هذا النوع من أساليب تبديد الحرارة يشبه إلى حد كبير تبديد حرارة المروحة المعتادة، والذي يطرد الحرارة الناتجة عن الأجزاء من خلال تدفق الهواء، بحيث يمكنه تحقيق غرض التبريد. سيتأثر استخدام الحمل الحراري للهواء لتبديد الحرارة بعدة عوامل. أولاً، يتميز المشتت الحراري بأداء التوصيل الحراري، والذي يمكنه نقل الحرارة المنبعثة من الأجزاء في أسرع وقت ممكن لجعلها تتلامس مع الهواء وتحقيق تبديد الحرارة. ثانيا، عندما تكون سرعة تدفق الهواء أسرع، يمكن زيادة سرعة تبديد الحرارة. ولذلك، أثناء تركيب النظام ذي الصلة، يجب تركيب مروحة إضافية لضمان أن سرعة تدفق الهواء يمكن أن تلبي أعلى المتطلبات. ثالثا، درجة حرارة الهواء نفسها لها تأثير أكبر على تبديد الحرارة، وسيكون تأثير تبديد الحرارة ضعيفا في الصيف.

2. تبريد المياه

وتستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في الوقت الحاضر. ال تستخدم اللوحة الباردة السائلة التدفق الدائري لسائل التبريد لتحقيق تبديد الحرارة، ويمكن إزالة معظم الحرارة الناتجة عن الأجزاء أثناء عملية التدفق. بالمقارنة مع تأثير تبديد حرارة الهواء، ستكون هذه الطريقة أكثر وضوحًا، ولن يتم توليد أي ضوضاء أثناء عملية تبديد الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لبعض الأجهزة ذات إنتاج الحرارة القوي، سيتم إضافة مراوح لتحسين تأثير تبديد الحرارة. لذلك، يتم استخدامه بشكل رئيسي في مكونات مثل إمدادات الطاقة ومضخات المياه.

3. تبريد الأنابيب الحرارية

أنبوب الحرارة عبارة عن جسم أنبوب معدني يمكنه تقليل درجة حرارة المكون بسرعة إلى درجة حرارة ثابتة. ال يتكون المشتت الحراري للأنبوب الحراري بشكل أساسي من سائل العمل السائل، قلب الأنبوب، غلاف الأنبوب وأجزاء أخرى. هذا الهيكل يمكن السائل الموجود في الأنبوب من أداء مجموعة متنوعة من التدفقات الدائرية، وذلك لنقل الحرارة، وتبخير الحرارة، وتحقيق تبديد الحرارة. يتمتع سائل العمل السائل للأنبوب الحراري بموصلية حرارية جيدة، ونقطة غليان، ولزوجة منخفضة، لذلك يمكن تدويره بشكل مستمر لتحقيق التوصيل الحراري. من أجل تلبية الاحتياجات، تم ضبط قلب الأنبوب لتقليد جدار الشعيرات الدموية البشرية، والجزء الداخلي عبارة عن هيكل شعري في الغالب، لذلك لا يمكنه تحقيق التوصيل الحراري السريع وواسع النطاق فحسب، بل يمكنه أيضًا تقليل المقاومة الحرارية. بما أن أنبوب الحرارة يكون في مكان مغلق أثناء عملية العمل، فإنه يمكنه فقط توليد ضغط لتدوير وسط العمل السائل لتعزيز عمله.

ملاحظات ختامية

باختصار، بعد هذا التحليل، يمكننا الحصول على فهم أكثر دقة لمختلف خصائص وأنواع أشباه الموصلات. ويمكن فهم طريقة تبديد الحرارة المناسبة لمختلف المشاريع والمعدات. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، مع الظهور المستمر لظاهرة الاحتباس الحراري، حظي تطوير معدات التبريد المختلفة باهتمام من جميع مناحي الحياة. ولهذا السبب، من الضروري إجراء تحليل متعمق لأشباه الموصلات وتطوير أنظمة تبريد وتبديد حرارة أكثر فعالية لتعزيز التطوير الأفضل للمؤسسات.