Abstract
早在1834年，Peltier 提出，若電流經過兩種導線組成的封閉回路，在導線銜接的兩端會產生溫度變化，即一端排熱，另一端汲熱的情形，上述的現象稱作 Peltier 效應，為熱電系統的基礎。雖然 Altenkirch 在1909年提出了完整的理論，並指出熱電材料要求的性質，但當時已知的熱電材料只有金屬或合金，其效率太低，無法實際應用。直到1950年代，因為半導體材料的出現，逐漸發展而有了符合要求的熱電材料，使得熱電系統有廣泛的應用。現有的 Peltier device，使用 bulk technology。如果需要溫度控制或冷卻的區域，遠小於現有的 Peltier device，不但浪費能量，而且整體所佔空間較大。若縮小 Peltier device，直接和需要冷卻的小區域接觸，則反應較快，且節省能源，整體較小。利用積體電路製作技術縮小 Peltier device，若在基板上製作熱電偶，缺點是多了基板的固體熱傳導，會降低冷卻效果。為了減小基板的固體熱傳導，可以利用懸浮結構，使得薄膜的厚度遠小於基板的，而Peltier device 在導熱性小的薄膜上。已知體型微加工（Bulk Micromachining）可以製作懸浮結構，如浮板，懸臂、橋。利用積體電路製造技術配合體型微加工，使 Peltier device 在懸浮結構上，懸浮結構必須兼顧導材料熱性小和機械強度足夠的要求。 此外，大尺寸的 Peltier device 是 free-standing 結構，定量分析中忽略對流和輻射熱傳導，因為尺寸較大，也沒有考慮接觸電阻和接觸熱阻。懸浮結構雖然可以減小 thermal bypass，和 free-standing 結構比較，仍然多了懸浮結構本身的固體熱傳導，此外，也必須考慮對流和輻射熱傳導、接觸電阻和接觸熱阻，因此微小化的 Peltier device 不完全適用大尺寸的分析結果，公式必須重新推導。本文即研究如何分析和設計微小化的 Peltier device。