薄膜制冷器与光电子器件的单片集成

摘要

本文提出了用单片生长的基于Ⅲ-Ⅴ族材料的薄膜固态制冷器对光电子元部件进行主动制冷的方法,并对该方法进行了研究试验.与体材料的热电效应相比较,制冷功率得到了增强,而这些都是通过一种异质结构势垒层上的热电子的热离子发射实现的.这些异质结构可以单片方式与用类似材料制作的其它器件集成在一起.对与一个异质结构热离子制冷器单片集成的InP pin二极管进行了实验分析,并对各种器件尺寸和环境温度条件下的制冷性能进行了研究试验.确定了几种主要的非理想效应,如接触电阻、引线接合点中的热产生与传导以及衬底的有限热阻.用实验和分析两种方法对这些非理想效应进行了研究,并考虑了由此引发的对性能的一些限制.实验证明,异质结构集成热离子制冷技术可以提供数百W/cm2的制冷功率密度.这些微型制冷器可以对阈电流、功率输出、波长以及二极管激光器的最高工作温度进行控制.