中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
半導(dǎo)體致冷組（原七組）
彭少近 執(zhí)筆
本報告記述了中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體致冷課題組成立六十年來，從研發(fā)到推廣應(yīng)用的艱辛歷程。半導(dǎo)體研究所1960年建所之初，就成立了半導(dǎo)體致冷課題組（原七組），當(dāng)時一共只有七八個科技人員，至1965年，研發(fā)人員增至二十多人，經(jīng)過潛心研究，以Bi2Te3(碲化鉍)為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體致冷材料致冷優(yōu)值系數(shù)，達(dá)到當(dāng)時國際上的最高水平，即組成熱電偶最大溫差ΔTmax = 80K，并做出我國第一臺半導(dǎo)體冰箱。與此同時，將研發(fā)成果無償?shù)赝茝V到十多個工廠及應(yīng)用領(lǐng)域。到2010年前后，順應(yīng)國際國內(nèi)各行各業(yè)的發(fā)展及需求，推廣到全國幾十個廠家（或公司），年產(chǎn)約計六千萬塊不同型號半導(dǎo)體致冷組件芯片，年產(chǎn)值約幾十億元人民幣，其中大部分出口國外，使我國成為全球最大的半導(dǎo)體致冷芯片生產(chǎn)國。
溫差電學(xué)，是半導(dǎo)體學(xué)科中的一個分支。溫差電致冷與機(jī)械致冷相比，具有無致冷劑、無轉(zhuǎn)動部件、無污染等優(yōu)點(diǎn)。溫差發(fā)電可以利用廢熱與核能源等發(fā)電，在空間科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景，所以溫差電學(xué)的研究一直受到科技界的重視。尤其是20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)是全世界溫差電領(lǐng)域研究的先驅(qū)。1958年我國開始了溫差電學(xué)的研究。當(dāng)時，這一工作是在中科院物理所半導(dǎo)體研究室進(jìn)行的，組長是1955年從美國歸來的專家湯定元院士。開始研究ZnSb和PbTe為基的材料，與哈爾濱龍江機(jī)電廠合作研制500W溫差發(fā)電機(jī)，一年以后因轉(zhuǎn)換效率太低，轉(zhuǎn)入溫差電制冷材料與器件的研究。圖1：半導(dǎo)體制冷原理
如圖所示兩對N、P型制冷元件，經(jīng)由導(dǎo)流片（銅片）串聯(lián)連接，組成一個制冷電堆。當(dāng)電流從N型制冷元件流向P型制冷元件時，由于電子輸運(yùn)過程能量差產(chǎn)生的帕耳帖效應(yīng)，在NP界面處有大量電子-空穴對產(chǎn)生，吸收熱量，形成冷面；當(dāng)電流從P型制冷元件流向N型制冷元件時，在PN界面處有大量電子-空穴對復(fù)合，放出熱量，形成熱面。當(dāng)熱面與散熱器接觸，通過與環(huán)境交換熱量達(dá)到平衡時，冷面將降低到一定溫度，此時冷熱面形成一定溫差。
一、半導(dǎo)體致冷技術(shù)研發(fā)前期階段（一）半導(dǎo)體致冷材料和器件研發(fā)概述1960年代初期，半導(dǎo)體致冷組是我國最早研發(fā)半導(dǎo)體致冷技術(shù)的單位，后來發(fā)展到二十來人。組長是殷士端和陳廷杰，下分材料組（組長孔光臨）、器件組（組長陳廷杰）和測試組（組長殷士端）。1960年，在蘇聯(lián)專家指導(dǎo)下，陳廷杰和張韻琴等人建立了熱導(dǎo)率測試儀和致冷電偶最大溫差ΔTmax測試儀，對以后材料和器件的研究起了很大作用。1963年，在陳廷杰主持下，致冷組與北京醫(yī)療器件廠合作，采用粉末冶金技術(shù)研制成功我國第一臺50L半導(dǎo)體冰箱，獲得國家級三等獎。1964年我組研發(fā)的另一臺用取向晶體半導(dǎo)體制冷材料制備的電冰箱，獲得國家第一屆工業(yè)新技術(shù)、新工藝一等獎。1963-1965年，在孔光臨主持下，采用區(qū)熔生長技術(shù)，研制了以Bi2Te3基系三元固溶體溫差電材料Bi2Te3-Bi2Se3（N型）和Bi2Te3-Sb2Te3（P型）。通過調(diào)制組分、熔區(qū)寬度、拉速、優(yōu)化摻雜等，提高了致冷材料的優(yōu)質(zhì)，使組成的溫差電對的最大溫差ΔTmax 達(dá)到 80K，為國際最高水平。同時，秦復(fù)光、羅贊繼以及劉忠佳、馮鴻丙、范緹文等人，用定向冷卻法（Bridgman法）生長了同類固溶體材料，研究了其雜質(zhì)微分凝對致冷性能的影響，這個項目得到了國家級三等獎，以羅贊繼、殷士端、阮圣央、唐代維署名的文章經(jīng)王守武院士、林蘭英院士審稿，發(fā)表在1966年第9期《物理學(xué)報》和《科學(xué)通報》上。1965年后，致冷組為了將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，學(xué)習(xí)“背簍精神”主動無償?shù)貙夭铍娭吕洳牧虾推骷茝V應(yīng)用到部隊、工廠以及醫(yī)療等部門，對我國半導(dǎo)體致冷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了重大的推動作用。如顯微切片冷凍臺、白內(nèi)障摘除器、皮膚病治療儀、露點(diǎn)儀、小型致冷控溫器、紅外探測致冷器、半導(dǎo)體致冷帽、半導(dǎo)體冷阱等都已推廣到全國十多個單位應(yīng)用。同時，為了把新技術(shù)推廣到社會中去，對器件工藝技術(shù)作了精益求精的研究，將N型和P型元件的端面接觸電阻降低到占致冷元件的體電阻的百分之五以內(nèi)。特別是，秦復(fù)光（文革期間器件小組組長）提出了帶玻璃管的致冷元件的浸焊方法，對后來推廣到工廠的大直徑取向晶體的大晶圓片的浸焊技術(shù)打下了良好基礎(chǔ)。1965年前后，為了適應(yīng)不同應(yīng)用要求，對多級致冷器件還作了比較多的研發(fā)。1966年，廖顯伯等注意到在致冷晶錠材料垂直區(qū)熔過程中，封裝材料的“95”料玻璃管壁處于半熔融狀態(tài)，可通過勻速向下拉制獲得小直徑的取向晶體，滿足了某些應(yīng)用場合小電流、高電壓器件的要求（當(dāng)時國內(nèi)還沒有內(nèi)圓切片機(jī)能切割小尺寸材料）。此外，為了向工廠推廣半導(dǎo)體致冷技術(shù)，降低致冷晶體的生長成本及器件制作成本，殷士端、孔光臨等對切片機(jī)切下來的致冷晶體頭尾部分進(jìn)行回收再利用的研發(fā)工作，對N型及P型致冷晶棒頭尾廢料進(jìn)行分類，再進(jìn)行調(diào)控?fù)诫s，達(dá)到重新應(yīng)用要求。1978年，該組的綜合研究成果，即半導(dǎo)體溫差電致冷材料與器件，榮獲全國科學(xué)技術(shù)大會重大成果獎（見圖2）。
圖2：重大科技成果獎狀
1. 向天津繼紅五金機(jī)電廠轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體致冷技術(shù)1965年雙方洽談了合作事宜，下半年開始廠里派了一名技術(shù)員和三名工人來半導(dǎo)體所實習(xí)。我們毫無保留地把半導(dǎo)體制冷整套技術(shù)——從燒玻璃管、配料、熔混、區(qū)熔拉晶、測試到致冷元件的焊接，致冷器件的制備、器件性能測試，手把手教會他（她）們。這是我所半導(dǎo)體致冷技術(shù)推廣的第一個廠家。文革期間，我們與該廠合作，使其逐漸走上了正軌，該廠因此改名為天津致冷器廠。2.為石油勘探部門派學(xué)生來半導(dǎo)體所實習(xí)提供實習(xí)基地。他們設(shè)計題目是如何使井下探測石油儀器免受井下高溫對儀器性能的影響，兩個學(xué)生學(xué)習(xí)了致冷元件焊接以及致冷器件的制備，最后完成了井下探測儀器降溫系統(tǒng)的設(shè)計。3.為研發(fā)紅外探測器單位派出的人員到半導(dǎo)體所學(xué)習(xí)半導(dǎo)體致冷技術(shù)提供技術(shù)指導(dǎo)，使他們可以學(xué)習(xí)致冷元件的焊接技術(shù)與工藝以及制作致冷器工藝流程，并為該單位提供了制備紅外探測器的致冷技術(shù)的學(xué)習(xí)基地。（三）半導(dǎo)體致冷技術(shù)的某些應(yīng)用（文化大革命期間到1970年）1. 為某些電子元器件研制半導(dǎo)體致冷控溫、恒溫裝置（1）為通訊部門研制多路通訊機(jī)調(diào)恒溫器。在環(huán)境從負(fù)5℃到正45℃之間變化時，恒溫室內(nèi)穩(wěn)定于25±0.1℃，致冷器工作電流3安培，耗電5W，轉(zhuǎn)化效率為36%。致冷器熱端采用自然對流散熱方式散熱（相應(yīng)的散熱流面積 約3000cm2）。（2）為成都研制石英晶體振蕩器的某單位研制半導(dǎo)體致冷恒溫器。利用致冷器反向電流加熱功能（即能致冷又能加熱）在環(huán)境溫度+15℃——-15℃之間，所研發(fā)的石英晶體振蕩器半導(dǎo)體致冷恒溫器的工作室內(nèi)溫度穩(wěn)定于10℃±0.5℃，耗電30 W，恒溫工作室容積為直徑Ф50mm，高138mm。（3）半導(dǎo)體工業(yè)中，硅外延生長、砷化鎵外延生長以及半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝都需利用冷阱控制SiCl4、BCl3、PoCl3等液態(tài)源溫度，一種用半導(dǎo)體致冷制備的冷阱半小時可冷卻到-18℃。（4）和某廠研制半導(dǎo)體致冷露點(diǎn)儀，先后研制成功兩種類型的露點(diǎn)儀，一種是直接用肉眼觀察光學(xué)鏡面的露點(diǎn)出現(xiàn)時用銅—康銅熱電耦測出露點(diǎn)溫度。另一種是在圓柱型結(jié)露鏡面的圓柱外圍繞一高頻線圈（可加熱的）。當(dāng)半導(dǎo)體致冷鏡面結(jié)露時，通過硅光電池接收光訊號變?nèi)鯐r，立即啟動高頻線圈加熱使結(jié)霜鏡面消去露水，這樣通過結(jié)霜（致冷）、消霜（加熱線圈加熱）確定露點(diǎn)，69式露點(diǎn)儀就是這個原理，可測到-90℃的露點(diǎn)。2. 半導(dǎo)體致冷在醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用我們在這方面投入的研發(fā)時間比較長，投入的人力也比較多，收獲也較多，這方面羅贊繼、陳廷杰、彭少近、劉昌靈等人做了許多工作，研發(fā)了用于病理切片用的快速檢測跟蹤顯微切片的多種半導(dǎo)體致冷切片臺、半導(dǎo)體致冷白內(nèi)障摘除器以及多種多級半導(dǎo)體致冷冷凍治療儀。我們發(fā)揚(yáng)“背簍”精神到各大醫(yī)院宣傳推廣，特別與協(xié)和醫(yī)院、鐵路醫(yī)院、友誼醫(yī)院等醫(yī)院協(xié)作成績更為突出。院方積極開發(fā)這三方面的研究，門診接待病人時開始使用冷凍治療儀。在此期間，半導(dǎo)體所醫(yī)務(wù)室也安置了一臺溫度達(dá)到了-78℃的多級致冷治療儀。個別醫(yī)院還按毛主席提出的醫(yī)療下農(nóng)村的“6.26”指示，到內(nèi)蒙牧區(qū)開展半導(dǎo)體致冷白內(nèi)障治療工作。半導(dǎo)體致冷冷凍病理切片技術(shù)當(dāng)年被林巧稚院士贊譽(yù)為“百年來病理切片技術(shù)的革命”，同期該技術(shù)獲得衛(wèi)生部授予的“學(xué)習(xí)毛主席著作先進(jìn)單位”的獎狀。至今全國醫(yī)院的病理科普遍開展的冰凍切片快速檢驗程序，已成為常規(guī)病理檢查方法，與石蠟切片報告互為補(bǔ)充。半導(dǎo)體致冷研發(fā)技術(shù)發(fā)展到上世紀(jì)六十年中后期，我們的最主要的推廣應(yīng)用成果是在醫(yī)療衛(wèi)生部門方面的應(yīng)用，這是最具社會影響力和最大社會化效益的一項成果。（四）總結(jié)研發(fā)半導(dǎo)體致冷材料和器件的制備工藝技術(shù)，編纂推廣應(yīng)用資料結(jié)集成書經(jīng)過前些年半導(dǎo)體致冷技術(shù)推廣及應(yīng)用，由羅贊繼、彭少近執(zhí)筆，把前十年研發(fā)成果進(jìn)行總結(jié)，匯成一本實用性、操作性很強(qiáng)的書籍《半導(dǎo)體致冷——器件制造及其某些應(yīng)用》，1970年共印刷3000冊。
二、半導(dǎo)體致冷技術(shù)繼續(xù)推廣發(fā)展階段（1970-1985年前后）
從1970起至改革開放初期，我們主要做了如下幾個方面的工作，使我國半導(dǎo)體致冷技術(shù)推廣應(yīng)用得以更好地發(fā)展。（一）給各個省市圖書館郵寄《半導(dǎo)體致冷——器件制造及其某些應(yīng)用》一書。同時，也給許多知名大學(xué)郵寄此書，使各行各業(yè)的技術(shù)員、工程師、工人以及在讀大學(xué)生，到圖書館看書、查資料時可以接觸到半導(dǎo)體致冷技術(shù)。1. 1971年，羅贊繼調(diào)到青海無線電一廠，推廣七組半導(dǎo)體致冷技術(shù)成果，白內(nèi)障摘除器、病理切片冷凍器、皮膚病冷凍治療機(jī)、冰帽等均通過產(chǎn)品鑒定投入量產(chǎn)，供應(yīng)全囯許多醫(yī)院使用。該廠還研發(fā)了半導(dǎo)體冰毯創(chuàng)新產(chǎn)品，在高海拔3000米以上的青海高原海西州醫(yī)院，成功實施了7例心臟直視手術(shù)；1975年該廠與上海新華醫(yī)院合作研制成功全身半導(dǎo)體降溫升溫機(jī)，開展兒童低溫麻醉手術(shù)，通過上海市新產(chǎn)品鑒定，上海市和青海省分別頒給重大科技成果二等獎。青海省無線電一廠的BL系列半導(dǎo)體致冷醫(yī)療器械獲1978年全國科學(xué)大會獎。2. 推廣到北京廠橋空調(diào)設(shè)備廠（與清華熱能系合作）與此同時還與上海冶煉廠合作，轉(zhuǎn)移了致冷技術(shù)。3. 由《半導(dǎo)體致冷——器件制造及其某些應(yīng)用》這本書建立起來的半導(dǎo)體致冷器廠。1975年之前，三天兩頭都有許多單位（包括外省市）派人到我所了解半導(dǎo)體致冷技術(shù)并購買此書。由于此書材料及器件制備工藝很詳細(xì)，還有許多應(yīng)用例子。有些單位的人員回去后就建起廠來了。如湖南津市無線電工廠、沈陽晶體管廠、774廠、哈爾濱晶體管廠等，廠里工人都說“是天書，有問題一翻書就知道”。4. 1976年9月9日毛主席逝世，國人萬分悲痛。為了9月底國家黨政軍領(lǐng)導(dǎo)人、外國使節(jié)政要、國家各級機(jī)關(guān)負(fù)責(zé)人、勞模等人前來瞻仰主席遺容，需要為水晶棺內(nèi)提供低溫環(huán)境。我們組織成四人小組受科技處委派到某廠當(dāng)技術(shù)顧問，參加致冷材料制備，元器件的焊接（同時還有廠橋空調(diào)設(shè)備廠的技術(shù)人員一起），通過兩個多星期的努力工作，加班加點(diǎn)食宿在某廠，保證了這項光榮而艱巨任務(wù)的順利完成。5. 改革開放后，我們繼續(xù)和天津制冷器廠合作，組里不定期地派人去制冷器廠指導(dǎo)材料器件工藝，逐步提高產(chǎn)量及質(zhì)量。特別是用區(qū)熔方法拉制致冷晶棒材料工藝——致冷材料優(yōu)值系數(shù)，保持原半導(dǎo)體研發(fā)時的水平，同時晶棒尺寸（包括直徑、長度）保持最佳水平，又能量產(chǎn)最大。（此后大發(fā)展時期許多廠都依此工藝來發(fā)展起來。）隨著改革開放，國內(nèi)外交流，半導(dǎo)體致冷器件工藝也進(jìn)入陶瓷板型結(jié)構(gòu)工藝。通過天冷廠提供幾個廠家陶瓷基板，我們通過測量導(dǎo)熱性能，提出既能成本低、導(dǎo)熱性能堪憂的九六瓷做制冷器的陶瓷基板。從此天冷廠逐漸進(jìn)入與國際接軌的陶瓷板型的機(jī)械強(qiáng)度好，致冷性能優(yōu)良的行列，產(chǎn)品銷往世界各地。6. 為了更好推廣半導(dǎo)體致冷技術(shù)及其應(yīng)用，陳廷杰、彭少近、程文超編寫了《半導(dǎo)體致冷原理》、《半導(dǎo)體溫差電致冷國際動態(tài)》、《半導(dǎo)體致冷的某些應(yīng)用》三篇講稿，以天津制冷器廠為依托，以天津致冷器廠的業(yè)務(wù)廠長為首組織到全國五大城市（北京、南京、上海、杭州、廣州）組織講座。從1985年下半年至年底完成講座，這對推廣半導(dǎo)體致冷知識，應(yīng)用前景都起到積極效果。7. 為了更好便利用戶使用半導(dǎo)體致冷片（致冷器）。在1985年前后在四機(jī)部標(biāo)準(zhǔn)化所組織領(lǐng)導(dǎo)下，我們與電子部天津1418所共同參與編寫半導(dǎo)體致冷技術(shù)名詞、術(shù)語和致冷器型號等，為與國際接軌參考國外公司技術(shù)用語及型號，經(jīng)過幾次會議討論，最后編制完名詞術(shù)語，部頒標(biāo)準(zhǔn)。這樣，我國就有了陶瓷板型半導(dǎo)體致冷組件的各種型號，為用戶提供設(shè)計方便。生產(chǎn)制冷器廠家可以依標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的型號生產(chǎn)多種型號半導(dǎo)體致冷芯片。8. 通過六十年代將致冷技術(shù)推廣到天津致冷器件廠，至今已有多年的技術(shù)合作，以及改革開放后新的廠領(lǐng)導(dǎo)得力的領(lǐng)導(dǎo)，使天津致冷器廠在全國幾家致冷器廠中是實力最棒的專業(yè)廠以及標(biāo)桿廠。1984年召開第一次半導(dǎo)體致冷會議，就是在天津致冷器廠的組織下在天津召開，影響很大，反響很大，許多參加會議單位科技人員會議期間都到廠里參觀。會后，原來只搞溫差發(fā)電的能源所也抽出部分人搞致冷開發(fā)。通過這些年多方面的努力，使半導(dǎo)體致冷技術(shù)進(jìn)一步大發(fā)展打下很好的基礎(chǔ)。
三、半導(dǎo)體致冷技術(shù)全面推廣發(fā)展階段（1988年——今天）（一）從1978年改革開放伊始至1988年也走過十幾個年頭，各行各業(yè)與世界各國相對應(yīng)的行業(yè)逐漸接軌，也打下了一定基礎(chǔ)，為進(jìn)一步大發(fā)展做好前期準(zhǔn)備。1988年我們原致冷組（老七組）也抽出部分科技人員（6個人）全身心投入改革開放大潮中，成立了半導(dǎo)體致冷開發(fā)小組，并立刻投入進(jìn)一步促進(jìn)半導(dǎo)體致冷技術(shù)的發(fā)展的工作中。新的致冷組長是陳廷杰和彭少近，組員有張韻琴、唐代維、鄭秉茹、李瑞云等。1. 繼續(xù)全方位與天冷廠密切合作，在林蘭英所長和王啟明所長以及科技處開發(fā)處的領(lǐng)導(dǎo)、組織和見證下成立津科公司。成立津科公司主要任務(wù)是，由我們協(xié)助天津致冷器廠提高致冷晶體材料的性能及產(chǎn)量，改進(jìn)致冷組件生產(chǎn)工藝水平及產(chǎn)量。我們不定期派人去天冷廠指導(dǎo)材料、組件工藝中出現(xiàn)的問題，利用半導(dǎo)體所的致冷晶棒性能檢測設(shè)備，使廠里的晶棒材料在最佳直徑條件下，晶棒裝料量從原來不足1公斤大大提高到1.5公斤。提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了原材料并降低了成本。組件工藝中原來晶片浸焊工藝中不易掌握好的浸焊工藝，我們提出電鍍鎳工藝，解決了浸焊工藝的不足，并提出半自動裝晶粒模具，提高了焊接組件的效率。通過雙方幾年的共同努力，到1993年天津致冷廠成為國內(nèi)實力最強(qiáng)的半導(dǎo)體致冷大廠，產(chǎn)品銷往歐美、澳大利亞、東南亞諸多國家，當(dāng)年被評為國家優(yōu)秀二級企業(yè)，廠領(lǐng)導(dǎo)到人大會堂接受江主席的接見，并見報《天津日報》頭條。我們所也榮獲天津市科技協(xié)作一等獎，同時榮獲中科院科技進(jìn)步獎（見圖3）。（后來許多新廠或公司的成立及發(fā)展都依托于我們和天冷廠合作的技術(shù)成果。）圖3：科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎（1）1988年夏，在所主管開發(fā)的副所長及科技處領(lǐng)導(dǎo)和組織下與日本富士高株式會社合作，在秦皇島建立了半導(dǎo)體制冷廠，名為富連京電子有限公司。通過幾任廠長、經(jīng)理的努力，現(xiàn)如今每年生產(chǎn)約各種型號200萬片半導(dǎo)體致冷芯片，主要銷往日本。（2）和河北宇翔電子有限公司合作，我們不定期到該公司指導(dǎo)，包括晶體材料生長過程中出現(xiàn)的問題，以及組件焊接中出現(xiàn)的問題。后期，我們在二次產(chǎn)品開發(fā)中所需的致冷組件由該公司提供。（3）無償?shù)匕寻雽?dǎo)體致冷技術(shù)推廣到福州半導(dǎo)體所。我們6人次在1989年至1990年期間，用一個多月時間把材料工藝、測試方法和致冷組件焊接技術(shù)無償轉(zhuǎn)讓給福州半導(dǎo)體研究所。（4）把與國際接軌的陶瓷板型半導(dǎo)體致冷技術(shù)推廣到湖南津市無線電三廠。1989年夏至年底，我們3人次到該廠傳授陶瓷板型半導(dǎo)體致冷芯片技術(shù)并進(jìn)行材料、器件相關(guān)基本理論知識講座。通過多年的努力，該廠以湖南津市為基地，深圳為窗口，逐漸成為國內(nèi)石油檢測儀最強(qiáng)的專業(yè)廠。（5）1989年、1992年、1996年先后在珠海開發(fā)區(qū)、江蘇太倉開發(fā)區(qū)、廣東汕頭昇平區(qū)開發(fā)區(qū)推廣了全套（含儀器、設(shè)備制造、工藝）半導(dǎo)體致冷技術(shù)，建立了生產(chǎn)線，產(chǎn)品都達(dá)到出口西歐的標(biāo)準(zhǔn)。3. 研發(fā)多個方面應(yīng)用的半導(dǎo)體致冷二次產(chǎn)品。（1）生物物理所和我們共同研制“液閃儀”（一種為研究古生物年代的儀器），我們負(fù)責(zé)半導(dǎo)體致冷部分，代替國外所采用半導(dǎo)體致冷核心部件——一種大致冷量負(fù)溫達(dá)到-20℃的部件。半導(dǎo)體致冷器采用強(qiáng)迫通風(fēng)散熱方式。（2）為本所微波研究室研制“毫米波（耿氏）器振蕩器半導(dǎo)體恒溫儀”（微縮板）。十幾年后，通訊技術(shù)大發(fā)展才有大量通訊基站大量用上半導(dǎo)體致冷芯片做恒溫微波源。（3）為空間探測單位研制多級致冷器。按要求在零下四十度時，致冷器冷端面幾瓦級的微波源仍能正常工作，這是一項代替國外進(jìn)口的產(chǎn)品工作。（4）為光電工藝中心研制激光管芯工藝線上用的恒溫儀（共二臺）。這恒溫儀重點(diǎn)是：激光管芯經(jīng)過恒溫室檢測時，保證管芯處于干燥氣氛下。為保恒溫干燥氣氛，通干氮?dú)饬髁勘仨氂休^大氣流量。這對半導(dǎo)體致冷量及控溫要求相對較高。（5）與某專業(yè)學(xué)科科學(xué)院合作，研發(fā)微光功率的檢測系統(tǒng)。(研制費(fèi)用較高項目)用半導(dǎo)體微型組件作為微光功率的檢測探頭。我們設(shè)計了當(dāng)時天冷廠所能制作最小尺寸的微型致冷元件，由所里制作微型組件。（包括設(shè)計瓷片大小、導(dǎo)流條大小、模具……）最后從眾多微型元件中（0.4*0.4*2mm3）挑選合格的元件制作完成微型組件。（6）半導(dǎo)體致冷冰點(diǎn)儀——利用波紋管伸縮性作觸點(diǎn)開關(guān)的原理完成。在本所光電二極管生產(chǎn)線上試用。（7）為我們所幾個研究室和清華大學(xué)某研究單位制作小型恒溫槽，用于光刻、顯影等方面。（8）1997年前后研制成功“半導(dǎo)體致冷組件性能快速檢測儀”（見圖4）。該儀器是基于哈爾曼原理，只需通小電流（百mA級），用12秒左右（可設(shè)定）的時間測出致冷組件的最大溫差△Tmax、電流電壓等多個參數(shù)。推廣多個廠家，都很受歡迎。
圖4：半導(dǎo)體致冷組件性能計算機(jī)機(jī)檢測儀（適應(yīng)各種組件）4. 新材料研發(fā)工作也投入一定的人力物力，主要著力于國際上在四元系致冷材料上作進(jìn)一步探索。與原來我們推廣的三元系材料性能上沒有什么差異，也可作推廣廠參考選用。半導(dǎo)體致冷技術(shù)不僅在高科技方面應(yīng)用，如紅外激光通訊、計算機(jī)CPU、星載和機(jī)載高速（CCD）攝像機(jī)，微波通訊也用上半導(dǎo)體致冷組件芯片；在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、石化、生化、醫(yī)療等各種冷阱、恒溫控溫低溫槽、低溫箱等都使用半導(dǎo)體致冷芯片。但更多是與民生方面相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品，才更有更廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。下面就改革開放以來特別是近二十多年來發(fā)展比較好、潛力比較大的一些大公司大廠如：廣東富信科技股份有限公司、香河華北致冷設(shè)備有限公司、香河?xùn)|方電子有限公司、秦皇島富連京電子有限公司、河北宇翔電子有限公司（對外叫中天電子）、河南鴻昌電子有限公司、泉州依科達(dá)半導(dǎo)體致冷科技有限公司、湖南津市石油化工儀器有限公司、深圳市湘津石儀器有限公司、浙江常山康京電子有限公司、杭州大和熱電有限公司（日資）、東莞市卓勤電子有限公司、蘇州冰雪電子有限公司、昆晶冷片（深圳）電子有限公司、上海聚邦電子科技有限公司、鵬南電子科技(廈門)有限公司、北京惠茂制冷設(shè)備有限公司等，其中有的公司規(guī)模達(dá)到年產(chǎn)百萬塊以上各種不同型號的制冷芯片，有的年產(chǎn)千萬塊以上，這些公司總規(guī)模達(dá)到年產(chǎn)約計六千萬塊不同型號半導(dǎo)體致冷組件芯片，年產(chǎn)值約幾十億人民幣。綜上所述，我國已成為全球最大半導(dǎo)體致冷芯片產(chǎn)業(yè)國。（1）這些年半導(dǎo)體致冷技術(shù)隨著通訊系統(tǒng)的發(fā)展，也和通訊行業(yè)結(jié)合得更緊密，特別華為、中興等行業(yè)巨頭。通訊從2G到4G走了二十年，到2018年4G微波通訊基站全世界總計幾百萬臺，我國占很大部分。今年我國進(jìn)入5G時代，年底要完成五萬臺通訊基站。每個基站都需要半導(dǎo)體致冷芯片（從個位到十位數(shù)不等的芯片，視微波元件功率而定），這些年已有許多企業(yè)的半導(dǎo)體致冷芯片用到華為和中興的通訊基站上，如華冷、富信、東方電子、秦皇島富連京、東莞卓勤電子等。其中，華冷還為某國提供了為數(shù)不少的基站核心部件。（2）最大量半導(dǎo)體致冷芯片還是用于民生相關(guān)領(lǐng)域（如汽車、賓館、醫(yī)療、除濕、美容、藥品保障），因此升值不高。（3）芯片出口占比較大，但因廠家比較多，競爭激烈，價值也很低，如常用的最常規(guī)的TEC1-127系列，十幾年前幾十到上百元一塊，現(xiàn)在價格降低一個數(shù)量級，出口就更低，因此利潤不高，所以還應(yīng)該用自己的芯片開發(fā)更多的二次產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益才能更高。（4）隨著我國半導(dǎo)體制冷產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，與此同時也推動了我國制冷行業(yè)科研機(jī)構(gòu)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在全國已有幾十個科研機(jī)構(gòu)，并與產(chǎn)業(yè)部門緊密結(jié)合。從2014年以后，我國每年召開一次熱電及其應(yīng)用的會議，每屆參會人員達(dá)到400多人，參會人數(shù)與其他相關(guān)的半導(dǎo)體行業(yè)會議相比排在前列。2000年以后，國際熱電會議在中國召開了3次（2001年在北京、2008年在上海、2016年在武漢），說明我國半導(dǎo)體制冷熱電材料及應(yīng)用行業(yè)欣欣向榮，蓬勃發(fā)展。（5）我國半導(dǎo)體制冷熱電材料及應(yīng)用在某些方面與國際相比還存在差距，如材料精細(xì)加工、芯片加工中的精細(xì)焊接材料及工藝。另外在某些特殊應(yīng)用方面，要求材料具備更好的性能及組件（特別微小型芯片）的高可靠性和長壽命方面，還是有差距的！
半導(dǎo)體致冷組（原七組）從上世紀(jì)60年代初開始研發(fā)和推廣半導(dǎo)體致冷技術(shù)以來，一直與天津致冷器廠等單位合作，致力于把這一技術(shù)成果推廣到更廣闊的應(yīng)用空間。特別是改革開放以后，以國內(nèi)外各行各業(yè)的發(fā)展需求和市場為導(dǎo)向，將我國打造成為全球最大致冷芯片生產(chǎn)國，并帶動相關(guān)各行各業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，如原材料、電子元器件、化工、塑料等行業(yè)。以上成果是半導(dǎo)體致冷組（原七組）全體同仁向半導(dǎo)體所建所六十周年、中華人民共和國建國七十周年獻(xiàn)出的微薄之禮。
附件1：各種半導(dǎo)體致冷應(yīng)用整機(jī)
附件2：各種型號半導(dǎo)體致冷組件（多級、大電流、小電流、微型）
附件3：部分產(chǎn)品（限于篇幅，僅列了個別公司和廠家的產(chǎn)品）
《半導(dǎo)體學(xué)報》簡介：
《半導(dǎo)體學(xué)報》是中國科學(xué)院主管、中國電子學(xué)會和中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所主辦的學(xué)術(shù)刊物，1980年創(chuàng)刊，首任主編是王守武院士，黃昆先生撰寫了創(chuàng)刊號首篇論文，2009年改為全英文刊Journal of Semiconductors（簡稱JOS），同年開始與IOPP英國物理學(xué)會出版社合作向全球發(fā)行。現(xiàn)任主編是中科院副院長、國科大校長李樹深院士。2019年，JOS入選“中國科技期刊卓越行動計劃”。2020年，JOS被EI收錄。
“中國半導(dǎo)體十大研究進(jìn)展”推薦與評選工作簡介：
《半導(dǎo)體學(xué)報》在創(chuàng)刊四十年之際，啟動實施 “中國半導(dǎo)體年度十大研究進(jìn)展”的推薦和評選工作，記錄我國半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域的標(biāo)志性成果。以我國科研院所、高校和企業(yè)等機(jī)構(gòu)為第一署名單位，本年度公開發(fā)表的半導(dǎo)體領(lǐng)域研究成果均可參與評選。請推薦人或自薦人將研究成果的PDF文件發(fā)送至《半導(dǎo)體學(xué)報》電子郵箱：jos@semi.ac.cn，并附簡要推薦理由。被推薦人須提供500字左右工作簡介，闡述研究成果的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用前景。年度十大研究進(jìn)展將由評審專家委員會從候選推薦成果中投票產(chǎn)生，并于下一年度春節(jié)前公布。
JOSarXiv預(yù)發(fā)布平臺簡介：
半導(dǎo)體科技發(fā)展迅猛，科技論文產(chǎn)出數(shù)量逐年增加。JOSarXiv致力于為國內(nèi)外半導(dǎo)體領(lǐng)域科研人員提供中英文科技論文免費(fèi)發(fā)布和獲取的平臺，保障優(yōu)秀科研成果首發(fā)權(quán)的認(rèn)定，促進(jìn)更大范圍的學(xué)術(shù)交流。JOSarXiv由《半導(dǎo)體學(xué)報》主編李樹深院士倡導(dǎo)建立，編輯部負(fù)責(zé)運(yùn)行和管理，是國內(nèi)外第一個專屬半導(dǎo)體科技領(lǐng)域的論文預(yù)發(fā)布平臺，提供預(yù)印本論文存繳、檢索、發(fā)布和交流共享服務(wù)。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上線（http://arxiv.jos.ac.cn/），通過《半導(dǎo)體學(xué)報》官網(wǎng)（http://www.jos.ac.cn/）亦可訪問。敬請關(guān)注和投稿！
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原文始發(fā)于微信公眾號（半導(dǎo)體學(xué)報）：我國半導(dǎo)體致冷芯片從零發(fā)展到世界最大產(chǎn)業(yè)國的歷史回顧
