微型热电制冷器的有效热物性及制冷性能研究

发布时间：2022-07-16 19:12

　　微电子器件不断向高集成、微型化方向的发展以及芯片运行速度与功耗的不断提高,导致电子器件产生极高的热流密度,尤其是容易产生热点问题,而温度过高会严重影响电子元器件的可靠性与稳定性,随之而来的热管理问题已成为制约微电子器件发展及其应用的瓶颈之一。微型热电制冷器不仅尺寸可小至微纳级别、便于封装集成、可靠性高、可提供精确的温度控制,而且冷却热流密度高达1250 W/cm~2,在小型化、高集成且高性能的电子器件热管理,尤其是局部冷却方面有着非常大的应用潜力。但是,由于界面效应、尺度效应等微观因素的影响,微型热电制冷器的有效热物性及实际制冷性能往往低于理论效果,且目前对微型热电制冷器的有效热物性的理论研究仍不完善,而这恰是诠释微型热电制冷器的热-电输运与转换机制,对微型热电制冷器的性能进行分析、优化的关键且亟待解决的问题。因此,本论文旨在探索微型热电制冷器的有效热物性及制冷性能,并诠释其性能的影响因素。首先,基于玻尔兹曼输运方程建立了表征微型热电制冷器的有效热物性参数及性能与尺度、界面效应之间联系的数值模型,通过与实验数据对比验证了模型的合理性与有效性,然后分析了有效热物性参数的尺度特性;另外,进... 

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 待解决的关键科学问题
    1.4 论文的研究内容
2 微型热电制冷器的能量转换与输运理论
    2.1 热电制冷的工作原理
    2.2 热电制冷器的基本能量方程
    2.3 微型热电制冷器的热电输运特性分析
    2.4 微型热电制冷器载流子的玻尔兹曼输运方程
    2.5 本章小结
3 尺度及界面效应对热物性与制冷性能的影响
    3.1 微型热电制冷器的数值建模
    3.2 尺度及界面效应对热物性的影响
    3.3 微型热电制冷器的温度分布
    3.4 尺度及界面效应对制冷性能的影响
    3.5 本章小结
4 汤姆逊效应对微型热电制冷器性能的影响
    4.1 理论模型
    4.2 温度依赖性的热物性及模型验证
    4.3 热特性及制冷性能分析
    4.4 本章小结
5 微型热电制冷器冷却大功率LED的性能研究与优化
    5.1 LED及微型热电制冷器的理论模型
    5.2 冷却性能及优化
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的期刊论文
附录2 攻读博士学位期间授权的专利
附录3 攻读博士学位参编的著作
附录4 攻读博士学位期间参加的学术会议
附录5 攻读博士学位期间参与的科研项目



本文编号：3663113