P、N型半導(dǎo)體多功能手機(jī)套

袁庭洪　柏天宇

摘 要：它內(nèi)部主要由特殊布置的P、N型半導(dǎo)體構(gòu)成，P、N型半導(dǎo)體緊密結(jié)合形成P-N結(jié)，使得當(dāng)光照或熱傳遞到P-N結(jié)時(shí)，其兩側(cè)形成正負(fù)電荷的累積，形成內(nèi)建電場(chǎng)，產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)，在內(nèi)建電場(chǎng)的兩側(cè)引出電機(jī)，并接上適當(dāng)負(fù)載就形成電流。它通過(guò)吸收外界的光照和手機(jī)的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽懿粩嗟亟o手機(jī)充電，同時(shí)又能作為保護(hù)套保護(hù)手機(jī)，節(jié)能環(huán)保、便捷。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體；手機(jī)套；電池；吸熱；節(jié)能

1 前言

隨著科技快速地向前推進(jìn)，手機(jī)也逐漸向著智能化和微型化發(fā)展，但是現(xiàn)在大多數(shù)的生產(chǎn)商著手于手機(jī)的智能化和外觀的設(shè)計(jì)，以此來(lái)吸引顧客，忽略了手機(jī)普遍存在著電池儲(chǔ)能低、產(chǎn)生的熱量多、不能自身供電等缺陷，給使用者帶來(lái)諸多的不便。然而，P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套無(wú)疑彌補(bǔ)了手機(jī)的這些不足，通過(guò)吸收手機(jī)自身產(chǎn)生的熱量和外界光線產(chǎn)生電流，直接給手機(jī)充電，加快了手機(jī)的散熱和運(yùn)行速度，同時(shí)和普通手機(jī)套一樣能夠保護(hù)手機(jī)。

2 工作原理

2.1 內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)和原理

根據(jù)不同手機(jī)型號(hào)對(duì)保護(hù)套類型的要求不同，通過(guò)加工工藝將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體材料合理布置和緊密結(jié)合，形成所需的手機(jī)套模型，在兩者的交界面處就形成P-N結(jié)，P-N結(jié)兩側(cè)形成正負(fù)電荷的累積，在光照下形成內(nèi)建電場(chǎng)，產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)（光生伏打效應(yīng)：指的是光照在不均勻的半導(dǎo)體后，會(huì)使其不同部位產(chǎn)生電位差），光子能量轉(zhuǎn)化為電能。

P-N結(jié)受到光照將會(huì)產(chǎn)生光生載流子，溫度越高載流子的濃度越高，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就越強(qiáng)。P區(qū)產(chǎn)生的光生空穴，N區(qū)產(chǎn)生的光生電子屬于多子，都被勢(shì)壘擋住而不能順利的通過(guò)。只有P區(qū)的光生電子和N區(qū)的光生空穴和結(jié)區(qū)的電子空穴對(duì)擴(kuò)散到結(jié)電場(chǎng)附近時(shí)能在內(nèi)建電場(chǎng)洛倫茲力作用下漂移過(guò)結(jié)，光生電子被拉伸到N區(qū)，光生空穴被拉到P區(qū)，即電子空穴對(duì)被內(nèi)建電場(chǎng)分離，這導(dǎo)致在P區(qū)邊界附近產(chǎn)生光生空穴的累積，產(chǎn)生一個(gè)熱平衡與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的光生電場(chǎng)，其方向是由P區(qū)指向N區(qū)，產(chǎn)生的電場(chǎng)使得勢(shì)壘降低，其減少量就是光生電勢(shì)差，P端為正N端為負(fù)，于是結(jié)電流由P區(qū)流向N區(qū)，在P、N端接入適當(dāng)?shù)呢?fù)載，就會(huì)形成電流。原理如下圖：

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其簡(jiǎn)圖

在手機(jī)套內(nèi)部結(jié)構(gòu)中P、N型半導(dǎo)體的上下、左右交替連接，在其內(nèi)部形成多個(gè)PN結(jié)，每一對(duì)P、N型半導(dǎo)體的組合就可以形成一個(gè)小電池，這樣整個(gè)手機(jī)套內(nèi)部就可以形成數(shù)多個(gè)電池，用導(dǎo)線將內(nèi)部所有N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體形成的小電池串聯(lián)起來(lái)，從P端引出的導(dǎo)線為正極，從N端引出的導(dǎo)線為負(fù)極，這樣就形成了一個(gè)完整的自身產(chǎn)電的蓄電池，再通過(guò)USB接線插入手機(jī)USB接口就可以給手機(jī)充電。以下為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的放大圖：

2.3 手機(jī)套外部的設(shè)計(jì)

在P、N半導(dǎo)體材料表面沉積一小層SiN薄膜，用來(lái)減少硅片對(duì)光的反射，使更多的光被吸收利用，同時(shí)其表面化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定可以保護(hù)電池，其外部還要被防漏電和保護(hù)的最外層包裹，整個(gè)手機(jī)套由多層輕薄的材料組合成，這樣就形成了一個(gè)多功能的手機(jī)套。它具有一定的硬度以及彈性，具備普通手機(jī)套防止硬物在手機(jī)套上留下刮痕等功能。如下圖所示：

3 發(fā)展前景

手機(jī)智能化、微型化和外形美觀是未來(lái)手機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，大多數(shù)手機(jī)生產(chǎn)商通過(guò)不斷地革新內(nèi)部軟件和美化外觀來(lái)吸引更多顧客，款式各式各樣，以此消除顧客的審美疲勞，創(chuàng)造了很大的商業(yè)價(jià)值，這樣的方式在電子的發(fā)展上作出了很大的貢獻(xiàn)。然而，手機(jī)內(nèi)部的畜電池儲(chǔ)電低，再加上手機(jī)本身不會(huì)發(fā)電，如今的充電寶體積大、儲(chǔ)電也低，攜帶不便，給手機(jī)使用者帶來(lái)諸多不便。同時(shí)手機(jī)在使用過(guò)程中不斷產(chǎn)生熱量，影響了手機(jī)的運(yùn)行速度。P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套都能解決這些問(wèn)題，吸收陽(yáng)光和手機(jī)熱量產(chǎn)生電能給手機(jī)充電，環(huán)保和便捷，彌補(bǔ)了手機(jī)存在諸多的不足。

社會(huì)一直提倡開發(fā)清潔環(huán)保產(chǎn)品，清潔環(huán)保、無(wú)污染是未來(lái)產(chǎn)品發(fā)展的主流，P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套就是這樣一款清潔環(huán)保產(chǎn)品，目前的電子市場(chǎng)恰恰缺少這種類型的手機(jī)套，相信P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套的出現(xiàn)，將會(huì)顛覆人們對(duì)手機(jī)套的認(rèn)識(shí)。

隨著手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)+的結(jié)合使用，使得手機(jī)不在是過(guò)去人們意識(shí)里的一種通訊工具，甚至娛樂(lè)消遣，取代了傳統(tǒng)銀行。據(jù)統(tǒng)計(jì)全球平均每人擁有一部手機(jī)，也就是幾乎每人一個(gè)手機(jī)套，這樣的一個(gè)龐大數(shù)據(jù)，不難看出其中存在的巨大的商業(yè)價(jià)值。任何有價(jià)值的創(chuàng)新都會(huì)促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展，相信這樣節(jié)能、環(huán)保的設(shè)計(jì)會(huì)讓人愛(ài)不釋手，給社會(huì)創(chuàng)造更多的價(jià)值。因此，這樣的技術(shù)不應(yīng)僅僅運(yùn)用于電子產(chǎn)品，可以擴(kuò)展到非電子產(chǎn)品，發(fā)揮其更大的作用，比如：能夠產(chǎn)電的手機(jī)貼膜、能給機(jī)器供電的散熱墊，等等。

4 設(shè)計(jì)意義

4.1 節(jié)能環(huán)保

和其他電池相比，P、N型半導(dǎo)體材質(zhì)制成的手機(jī)套更加的環(huán)保，內(nèi)部不進(jìn)行任何化學(xué)反應(yīng)，更不會(huì)像普通電池那樣使用一定時(shí)間后，電池槽受腐蝕而使內(nèi)部酸性化學(xué)物質(zhì)外漏，造成化學(xué)污染。

4.2 經(jīng)濟(jì)實(shí)用

它具有一定的硬度和彈性，不僅僅有普通手機(jī)套的保護(hù)手機(jī)的作用，更能吸收手機(jī)的熱量和陽(yáng)光產(chǎn)生電能，減少熱量對(duì)手機(jī)的影響。

4.3 便捷

由于其材料的特殊性，其質(zhì)量和普通的手機(jī)套差不多，甚至更加輕盈，將會(huì)減少外出時(shí)攜帶充電寶帶來(lái)的不便。

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（作者單位：重慶交通大學(xué)）