Strahlendosimetrie

Ein Halbleiterdetektor ist ein Strahlungsdetektor, der auf einem Halbleiter wie Silizium oder Germanium basiert , um die Wirkung einfallender geladener Teilchen oder Photonen zu messen. Halbleiter sind im Allgemeinen anorganische oder organische Materialien, deren Leitfähigkeit von der chemischen Struktur, der Temperatur, der Beleuchtung und dem Vorhandensein von Dotierstoffen abhängt. Der Name Halbleiter kommt von der Tatsache, dass diese Materialien eine elektrische Leitfähigkeit zwischen einem Metall wie Kupfer, Gold usw. und einem Isolator wie Glas aufweisen. Sie haben eine Energielücke von weniger als 4 eV (etwa 1 eV). In der Festkörperphysik ist diese Energielücke oder Bandlücke ein Energiebereich zwischenValenzband und Leitungsband, in denen Elektronenzustände verboten sind. Im Gegensatz zu Leitern müssen Elektronen in einem Halbleiter Energie (z. B. aus ionisierender Strahlung ) gewinnen, um die Bandlücke zu überqueren und das Leitungsband zu erreichen.

Halbleiterdetektoren funktionieren sehr ähnlich wie Photovoltaikmodule, die elektrischen Strom erzeugen. In ähnlicher Weise kann ein Strom durch ionisierende Strahlung induziert werden. Wenn ionisierende Strahlung in den Halbleiter eintritt, interagiert sie mit dem Halbleitermaterial. Es kann ein Elektron aus seinem Energieniveau anregen und folglich ein Loch hinterlassen. Dieser Vorgang wird als Elektron-Loch-Paarbildung bezeichnet . In Halbleiterdetektoren sind die grundlegenden Informationsträger diese Elektron-Loch-Paare, die auf dem Weg des geladenen Teilchens (primär oder sekundär) durch den Detektor erzeugt werden. Durch Sammeln von Elektronen-Loch-Paaren wird das Erfassungssignal gebildet und aufgezeichnet.

Halbleiterdetektoren werden häufig im Strahlenschutz , in der Untersuchung radioaktiver Materialien und in der Physikforschung eingesetzt, da sie einige einzigartige Merkmale aufweisen, kostengünstig und dennoch mit guter Effizienz hergestellt werden können und sowohl die Intensität als auch die Energie der einfallenden Strahlung messen können. Diese Detektoren werden zur Messung der Strahlungsenergie und zur Identifizierung von Partikeln eingesetzt. Von den verfügbaren Halbleitermaterialien wird Silizium hauptsächlich für Detektoren für geladene Teilchen (insbesondere zum Verfolgen geladener Teilchen) und weiche Röntgendetektoren verwendet, während Germanium für die Gammastrahlenspektroskopie weit verbreitet ist . Ein großer, sauberer und nahezu perfekter Halbleiter ist ideal als Zähler fürRadioaktivität . Es ist jedoch schwierig, große Kristalle mit ausreichender Reinheit herzustellen. Die Halbleiterdetektoren haben daher einen geringen Wirkungsgrad, geben jedoch ein sehr genaues Maß für die Energie. Halbleiterdetektoren, insbesondere auf Germanium basierende Detektoren , werden am häufigsten dort eingesetzt, wo eine sehr gute Energieauflösung erforderlich ist. Um eine maximale Effizienz zu erreichen, müssen die Detektoren bei sehr niedrigen Temperaturen von flüssigem Stickstoff (-196 ° C) arbeiten . Der Nachteil ist daher, dass Halbleiterdetektoren viel teurer als andere Detektoren sind und eine ausgeklügelte Kühlung erfordern, um Leckströme (Rauschen) zu reduzieren.

Funktionsprinzip von Halbleiterdetektoren  

Der Betrieb von Halbleiterdetektoren wird in folgenden Punkten zusammengefasst:

• Ionisierende Strahlung tritt in das empfindliche Volumen des Detektors ein und interagiert mit dem Halbleitermaterial.
• Durch den Detektor laufende Teilchen ionisieren die Halbleiteratome und erzeugen die Elektron-Loch-Paare . Die Anzahl der Elektron-Loch-Paare ist proportional zur Energie der Strahlung zum Halbleiter. Infolgedessen wird eine Anzahl von Elektronen vom Valenzband auf das Leitungsband übertragen, und eine gleiche Anzahl von Löchern wird im Valenzband erzeugt.
• Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes wandern Elektronen und Löcher zu den Elektroden, wo sie zu einem Impuls führen , der in einem äußeren Stromkreis gemessen werden kann.
• Dieser Impuls enthält Informationen über die Energie der ursprünglich einfallenden Strahlung. Die Anzahl solcher Impulse pro Zeiteinheit gibt auch Auskunft über die Intensität der Strahlung.

Die zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren erforderliche Energie ist im Vergleich zu der zur Erzeugung gepaarter Ionen in einem Gasionisationsdetektor erforderlichen Energie sehr gering . Bei Halbleiterdetektoren ist die statistische Variation der Impulshöhe kleiner und die Energieauflösung höher. Da sich die Elektronen schnell bewegen, ist auch die Zeitauflösung sehr gut. Im Vergleich zu gasförmigen Ionisationsdetektoren ist die Dichte eines Halbleiterdetektors sehr hoch, und geladene Teilchen mit hoher Energie können ihre Energie in einem Halbleiter mit relativ kleinen Abmessungen abgeben.

Halbleiterdetektoren auf Siliziumbasis

Halbleiterdetektoren auf Siliziumbasis werden hauptsächlich für Detektoren geladener Teilchen (insbesondere zum Verfolgen geladener Teilchen ) und weiche Röntgendetektoren verwendet, während Germanium häufig für die Gammastrahlenspektroskopie verwendet wird. Ein großer, sauberer und nahezu perfekter Halbleiter ist ideal als Zähler für Radioaktivität . Es ist jedoch schwierig, große Kristalle mit ausreichender Reinheit herzustellen. Die Halbleiterdetektoren haben daher einen geringen Wirkungsgrad, geben jedoch ein sehr genaues Maß für die Energie. Detektoren auf Siliziumbasis weisen selbst bei Raumtemperatur ein ausreichend geringes Rauschen auf. Dies wird durch die große Bandlücke verursachtaus Silizium (Egap = 1,12 eV), wodurch wir den Detektor bei Raumtemperatur betreiben können, aber die Kühlung wird bevorzugt, um das Rauschen zu reduzieren. Der Nachteil ist, dass Siliziumdetektoren viel teurer sind als Wolkenkammern oder Drahtkammern und eine ausgeklügelte Kühlung erfordern, um Leckströme (Rauschen) zu reduzieren. Sie werden im Laufe der Zeit auch durch Strahlung abgebaut, dies kann jedoch dank des Lazarus-Effekts stark reduziert werden.

Anwendung von Siliziumdetektoren

Da Detektoren auf Siliziumbasis sehr gut zur Verfolgung geladener Teilchen geeignet sind, bilden sie einen wesentlichen Teil des Detektionssystems am LHC im CERN. Die meisten Siliziumpartikeldetektoren arbeiten im Prinzip, indem sie schmale (normalerweise etwa 100 Mikrometer breite) Siliziumstreifen dotieren , um sie in Dioden umzuwandeln, die dann in Sperrrichtung vorgespannt werden. Wenn geladene Teilchen diese Streifen passieren, verursachen sie kleine Ionisationsströme, die erfasst und gemessen werden können. Das Anordnen von Tausenden dieser Detektoren um einen Kollisionspunkt in einem Teilchenbeschleuniger kann ein genaues Bild davon liefern, welchen Weg Teilchen nehmen. Beispielsweise enthält das Inner Tracking System (ITS) eines Large Ion Collider-Experiments (ALICE) drei Schichten von Detektoren auf Siliziumbasis:

• Silizium-Pixeldetektor (SPD)
• Silicon Drift Detector (SDD)
• Silicon Strip Detector (SSD)

Siliziumstreifendetektoren

Detektoren auf Siliziumbasis eignen sich sehr gut zur Verfolgung geladener Teilchen. Ein Siliziumstreifendetektor ist eine Anordnung von streifenförmig geformten Implantaten, die als Ladungssammelelektroden wirken.

Siliziumstreifendetektoren mit einer Fläche von 5 x 5 cm ² sind weit verbreitet und werden in Reihe verwendet (genau wie Ebenen von MWPCs) Trajektorien geladener Teilchen mit Positionsgenauigkeiten in der Größenordnung von mehreren μm in Querrichtung zu bestimmen. Diese Implantate werden auf einem niedrig dotierten, vollständig abgereicherten Siliziumwafer platziert und bilden eine eindimensionale Anordnung von Dioden. Durch Verbinden jedes der metallisierten Streifen mit einem ladungsempfindlichen Verstärker wird ein positionsempfindlicher Detektor aufgebaut. Zweidimensionale Positionsmessungen können durch Aufbringen einer zusätzlichen streifenartigen Dotierung auf die Waferrückseite unter Verwendung einer doppelseitigen Technologie erreicht werden. Solche Vorrichtungen können verwendet werden, um kleine Aufprallparameter zu messen und dadurch zu bestimmen, ob ein geladenes Teilchen aus einer Primärkollision stammt oder das Zerfallsprodukt eines Primärteilchens war, das eine kleine Strecke von der ursprünglichen Wechselwirkung zurückgelegt und dann zerfallen ist.

Siliziumstreifendetektoren sind ein wesentlicher Bestandteil des Detektionssystems am LHC im CERN. Die meisten Siliziumpartikeldetektoren arbeiten im Prinzip, indem sie schmale (normalerweise etwa 100 Mikrometer breite) Siliziumstreifen dotieren, um sie in Dioden umzuwandeln, die dann in Sperrrichtung vorgespannt werden. Wenn geladene Teilchen diese Streifen passieren, verursachen sie kleine Ionisationsströme, die erfasst und gemessen werden können. Das Anordnen von Tausenden dieser Detektoren um einen Kollisionspunkt in einem Teilchenbeschleuniger kann ein genaues Bild davon liefern, welchen Weg Teilchen nehmen.

Beispielsweise enthält das Inner Tracking System (ITS) eines Large Ion Collider-Experiments (ALICE) drei Schichten von Detektoren auf Siliziumbasis:

• Silizium-Pixeldetektor (SPD)
• Silicon Drift Detector (SDD)
• Silicon Strip Detector (SSD)

Delta E – E Detektor – Teleskop

In der experimentellen Physik sind ΔE-E-Detektoren , sogenannte Teleskope , leistungsstarke Geräte zur Identifizierung geladener Teilchen . Zur Identifizierung geladener Teilchen können Teleskope verwendet werden, die aus Paaren dünner und dicker Oberflächensperrendetektoren bestehen . Diese Detektoren müssen in Reihe geschaltet werden. Die Geschwindigkeit wird aus der in den Dünndetektoren ( ΔE-Detektoren ) gemessenen Bremskraft abgeleitet . Es besteht eine starke Korrelation zwischen der in jedem Detektor abgelagerten Energie. Diese Korrelation hängt von der Masse (A), der Ladung (Z) und der kinetischen Energie (E) jedes Teilchens ab. Die Masse wird aus dem Bereich oder aus dem gesamten kinetischen Energieverlust im dickeren Detektor abgeleitet (E Detektor ).

Teleskope können aus mehreren Detektoren bestehen ( z. B. Ionisationskammern , Siliziumdetektoren und Szintillatoren ), die gestapelt sind, um einfallende geladene Teilchen zu verlangsamen, wobei der erste Detektor der dünnste und der letzte der dickste ist. CsI-Szintillationszähler können beispielsweise als endgültige E-Zähler verwendet werden. Als Beispiel eines Teleskops kann eine Anordnung verwendet werden, die auf zwei vorderen ΔE-Siliziumdetektoren (10 oder 30 um) und einem 1500 um dicken E-Siliziumzähler basiert, um hochenergetische geladene Teilchen zu detektieren.

Germanium-basierte Halbleiterdetektoren

Halbleiterdetektoren auf Germaniumbasis werden am häufigsten dort eingesetzt, wo eine sehr gute Energieauflösung erforderlich ist, insbesondere für die Gammaspektroskopiesowie Röntgenspektroskopie. In der Gammaspektroskopie wird Germanium bevorzugt, da seine Ordnungszahl viel höher als die von Silizium ist und die Wahrscheinlichkeit einer Gammastrahlenwechselwirkung erhöht. Darüber hinaus hat Germanium eine niedrigere durchschnittliche Energie, die zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares erforderlich ist, nämlich 3,6 eV für Silizium und 2,9 eV für Germanium. Dies bietet letzteren auch eine bessere Energieauflösung. Ein großer, sauberer und nahezu perfekter Germaniumhalbleiter ist ideal als Zähler für Radioaktivität. Es ist jedoch schwierig und teuer, große Kristalle mit ausreichender Reinheit herzustellen. Während Detektoren auf Siliziumbasis nicht dicker als einige Millimeter sein können, kann Germanium eine abgereicherte, empfindliche Dicke von Zentimetern aufweisen und kann daher als Gesamtabsorptionsdetektor für Gammastrahlen bis zu wenigen MeV verwendet werden.

Um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, müssen die Detektoren andererseits bei sehr niedrigen Temperaturen von flüssigem Stickstoff (-196 ° C) arbeiten, da bei Raumtemperaturen das durch thermische Anregung verursachte Rauschen sehr hoch ist.

Da Germaniumdetektoren die höchste heute übliche Auflösung erzeugen, werden sie zur Messung der Strahlung in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, einschließlich Personal- und Umweltüberwachung auf radioaktive Kontamination, medizinische Anwendungen, radiometrische Tests, nukleare Sicherheit und Sicherheit von Kernkraftwerken.

Anwendung von Germaniumdetektoren – Gammaspektroskopie

Wie bereits geschrieben, wird das Studium und die Analyse von Gammastrahlenspektren für wissenschaftliche und technische Zwecke als Gammaspektroskopie bezeichnet, und Gammastrahlenspektrometer sind die Instrumente, die solche Daten beobachten und sammeln. Ein Gammastrahlenspektrometer (GRS) ist ein hoch entwickeltes Gerät zur Messung der Energieverteilung von Gammastrahlung. Für die Messung von Gammastrahlen über mehreren hundert keV gibt es zwei Detektorkategorien von großer Bedeutung,  anorganische Szintillatoren wie NaI (Tl) –  und  Halbleiterdetektoren. In den vorhergehenden Artikeln haben wir die Gammaspektroskopie unter Verwendung eines Szintillationsdetektors beschrieben, der aus einem geeigneten Szintillatorkristall, einer Fotovervielfacherröhre und einer Schaltung zum Messen der Höhe der vom Fotovervielfacher erzeugten Impulse besteht. Die Vorteile eines Szintillationszählers sind seine Effizienz (große Größe und hohe Dichte) und die möglichen hohen Präzisions- und Zählraten. Aufgrund der hohen Atomzahl von Jod führt eine große Anzahl aller Wechselwirkungen zu einer vollständigen Absorption der Gammastrahlenenergie, so dass der Photofraktion hoch ist.

Wenn jedoch eine  perfekte Energieauflösung  erforderlich ist, müssen wir einen Detektor auf  Germaniumbasis wie den  HPGe-Detektor verwenden . Halbleiterdetektoren auf Germaniumbasis werden am häufigsten dort eingesetzt, wo eine sehr gute Energieauflösung erforderlich ist, insbesondere für die  Gammaspektroskopie sowie für die  Röntgenspektroskopie. In der Gammaspektroskopie wird Germanium bevorzugt, da seine Ordnungszahl viel höher als die von Silizium ist und die Wahrscheinlichkeit einer Gammastrahlenwechselwirkung erhöht. Darüber hinaus hat Germanium eine niedrigere durchschnittliche Energie, die zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares erforderlich ist, nämlich 3,6 eV für Silizium und 2,9 eV für Germanium. Dies bietet letzteren auch eine bessere Energieauflösung. Das FWHM (volle Breite bei halbem Maximum) für Germaniumdetektoren ist eine Funktion der Energie. Für ein 1,3-MeV-Photon beträgt die FWHM 2,1 keV, was sehr niedrig ist.

Ein Szintillationsdetektor oder Szintillationszähler wird erhalten, wenn ein Szintillator an einen elektronischen Lichtsensor gekoppelt ist, wie z.

• eine Photovervielfacherröhre (PMT),
• eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device),
• Fotodiode

Alle diese Geräte können in Szintillationszählern verwendet werden und alle wandeln das Licht in ein elektrisches Signal um und enthalten Elektronik, um dieses Signal zu verarbeiten. Eine Fotodiode ist ein Halbleiterbauelement, das Licht in elektrischen Strom umwandelt. Dies ist ein Halbleiterbauelement, das aus einer dünnen Siliziumschicht besteht, in der das Licht absorbiert wird, woraufhin freie Ladungsträger (Elektronen und Löcher) erzeugt werden. Eine herkömmliche Fotodiode bezieht sich am häufigsten auf eine PIN-Diode. PIN bedeutet, dass die p- und die n-dotierte Seite durch einen abgereicherten i-Bereich getrennt sind. Elektronen und Löcher werden an der Anode und der Kathode der Diode gesammelt. Dies führt zu einem Photostrom, der der Ausgang der Diode ist. Die Ladung wird jedoch nicht verstärkt, was die Ausgangssignalamplitude klein macht. Dies macht die Fotodiode empfindlich gegenüber elektronischem Rauschen. Auf der anderen Seite,

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In der Physik von Halbleitern, ein Elektronen – Donator ist ein Dotieratom (Verunreinigung) , die, wenn ein Halbleiter hinzugefügt, eine Form , kann n-Typ – Halbleiter . Ein Elektronenakzeptor ist ein Dotierstoffatom (Verunreinigung), das, wenn es zu einem Halbleiter hinzugefügt wird, einen Halbleiter vom p-Typ bilden kann . Der Vorgang des Hinzufügens kontrollierter Verunreinigungen zu einem Halbleiter ist als Halbleiterdotierung bekannt . Dieser Prozess wandelt einen intrinsischen Halbleiter in einen extrinsischen Halbleiter um . Bei beiden Arten von Donor- oder Akzeptoratomen erhöht eine zunehmende Dotierstoffdichte die Leitfähigkeit.

Halbleiter vom n-Typ

Ein mit Elektronendonoratomen dotierter fremder Halbleiter wird als n-Halbleiter bezeichnet, weil die Mehrzahl der Ladungsträger im Kristall negative Elektronen sind. Da Silizium ein vierwertiges Element ist, enthält die normale Kristallstruktur 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Gruppe-V-Elemente (fünfwertig) haben fünf Valenzelektronen, wodurch sie als Donor fungieren können. Das heißt, der Zusatz dieser fünfwertigen Verunreinigungen wie Arsen, Antimon oder Phosphor trägt zu freien Elektronen bei und erhöht die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters erheblich. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Leitungselektronen werden vollständig von der Anzahl der Donorelektronen dominiert . Deshalb:

Die Gesamtzahl der Leitungselektronen ist in etwa gleich der Zahl der Spenderstellen, n≈N _D .

Die Ladungsneutralität des Halbleitermaterials bleibt erhalten, da angeregte Donorstellen die Leitungselektronen ausgleichen. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Leitungselektronen erhöht wird, während die Anzahl der Löcher verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronen sind Majoritätsträger, während Löcher Minoritätsträger in n-Typ-Material sind.

p-Halbleiter

Ein extrinsischen Halbleiter welche wurde mit Elektronenakzeptor dotiert Atomen ist ein sogenannter p-Typ – Halbleiter , weil die Mehrheit der Ladungsträger in dem Kristall sind Elektronenlöcher (positive Ladungsträger). Das reine Halbleitersilizium ist ein vierwertiges Element , die normale Kristallstruktur enthält 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Elemente der Gruppe III (dreiwertig) enthalten alle drei Valenzelektronen, wodurch sie als Akzeptoren fungieren, wenn sie zur Dotierung von Silizium verwendet werden. Wenn ein Akzeptoratom ein vierwertiges Siliziumatom im Kristall ersetzt, entsteht ein leerer Zustand (ein Elektronenloch). Ein Elektronenloch (oft einfach als Loch bezeichnet) ist das Fehlen eines Elektrons an einer Stelle, an der man in einem Atom oder Atomgitter existieren könnte. Es ist eine der beiden Arten von Ladungsträgern, die für die Erzeugung von elektrischem Strom in Halbleitermaterialien verantwortlich sind. Diese positiv geladenen Löcher können sich in Halbleitermaterialien von Atom zu Atom bewegen, wenn Elektronen ihre Position verlassen. Der Zusatz von dreiwertigen Verunreinigungen wie Bor , Aluminium oder Galliuman einem intrinsischen Halbleiter entstehen diese positiven Elektronenlöcher in der Struktur. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Anzahl der Elektronenlöcher wird vollständig von der Anzahl der Akzeptorstellen bestimmt. Deshalb:

Die Gesamtzahl von Löchern ist ungefähr gleich der Anzahl der Spenderstellen, p ≈ N _A .

Die Ladungsneutralität dieses Halbleitermaterials bleibt ebenfalls erhalten. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Elektronenlöcher erhöht wird, während die Anzahl der Leitungselektronen verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronenlöcher sind Majoritätsträger , während Elektronen Minoritätsträger in p-Typ-Material sind.

In der Halbleiterphysik ist ein Akzeptor ein Dotierungsatom (Verunreinigung), das, wenn es zu einem Halbleiter hinzugefügt wird, einen Halbleiter vom p-Typ bilden kann . Der Vorgang des Hinzufügens kontrollierter Verunreinigungen zu einem Halbleiter ist als Halbleiterdotierung bekannt . Dieser Prozess wandelt einen intrinsischen Halbleiter in einen extrinsischen Halbleiter um . Bei beiden Arten von Donor- oder Akzeptoratomen erhöht eine zunehmende Dotierstoffdichte die Leitfähigkeit.

p-Halbleiter

Ein extrinsischen Halbleiter welche wurde mit Elektronenakzeptor dotiert Atomen ist ein sogenannter p-Typ – Halbleiter , weil die Mehrheit der Ladungsträger in dem Kristall sind Elektronenlöcher (positive Ladungsträger). Das reine Halbleitersilizium ist ein vierwertiges Element , die normale Kristallstruktur enthält 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Elemente der Gruppe III (dreiwertig) enthalten alle drei Valenzelektronen, wodurch sie als Akzeptoren fungieren, wenn sie zur Dotierung von Silizium verwendet werden. Wenn ein Akzeptoratom ein vierwertiges Siliziumatom im Kristall ersetzt, entsteht ein leerer Zustand (ein Elektronenloch). Ein Elektronenloch (oft einfach als Loch bezeichnet) ist das Fehlen eines Elektrons an einer Stelle, an der man in einem Atom oder Atomgitter existieren könnte. Es ist eine der beiden Arten von Ladungsträgern, die für die Erzeugung von elektrischem Strom in Halbleitermaterialien verantwortlich sind. Diese positiv geladenen Löcher können sich in Halbleitermaterialien von Atom zu Atom bewegen, wenn Elektronen ihre Position verlassen. Der Zusatz von dreiwertigen Verunreinigungen wie Bor , Aluminium oder Galliuman einem intrinsischen Halbleiter entstehen diese positiven Elektronenlöcher in der Struktur. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Anzahl der Elektronenlöcher wird vollständig von der Anzahl der Akzeptorstellen bestimmt. Deshalb:

Die Gesamtzahl von Löchern ist ungefähr gleich der Anzahl der Spenderstellen, p ≈ N _A .

Die Ladungsneutralität dieses Halbleitermaterials bleibt ebenfalls erhalten. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Elektronenlöcher erhöht wird, während die Anzahl der Leitungselektronen verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronenlöcher sind Majoritätsträger , während Elektronen Minoritätsträger in p-Typ-Material sind.

Akzeptorstufe

Unter dem Gesichtspunkt der Energielücke „erzeugen“ solche Verunreinigungen Energieniveaus innerhalb der Bandlücke nahe dem Valenzbandso dass Elektronen leicht vom Valenzband in diese Ebenen angeregt werden können und bewegliche Löcher im Valenzband verbleiben. Sie erzeugen „flache“ Niveaus, Niveaus, die sehr nahe am Valenzband liegen, sodass die Energie, die zur Ionisierung des Atoms erforderlich ist (akzeptieren Sie das Elektron, das das Loch füllt und ein weiteres Loch weiter vom substituierten Atom entfernt erzeugt), gering ist. Dies verschiebt das effektive Fermi-Niveau auf einen Punkt ungefähr auf halbem Wege zwischen den Akzeptor-Niveaus und dem Valenzband. Ferminiveau ist der Begriff, der verwendet wird, um die Spitze der Sammlung von Elektronenenergieniveaus bei absoluter Nulltemperatur zu beschreiben. Das Fermi-Niveau ist die Oberfläche des Fermi-Meeres bei absolutem Nullpunkt, an der keine Elektronen genug Energie haben, um sich über die Oberfläche zu erheben. Bei reinen Halbleitern liegt die Position des Fermi-Pegels innerhalb der Bandlücke, ungefähr in der Mitte der Bandlücke.

In der Halbleiterphysik ist ein Donor ein Dotierstoffatom (Verunreinigung), das, wenn es zu einem Halbleiter hinzugefügt wird, einen Halbleiter vom n-Typ bilden kann . Der Vorgang des Hinzufügens kontrollierter Verunreinigungen zu einem Halbleiter ist als Halbleiterdotierung bekannt . Dieser Prozess wandelt einen intrinsischen Halbleiter in einen extrinsischen Halbleiter um . Bei beiden Arten von Donor- oder Akzeptoratomen erhöht eine zunehmende Dotierstoffdichte die Leitfähigkeit.

Halbleiter vom n-Typ

Ein mit Elektronendonoratomen dotierter fremder Halbleiter wird als n-Halbleiter bezeichnet, weil die Mehrzahl der Ladungsträger im Kristall negative Elektronen sind. Da Silizium ein vierwertiges Element ist, enthält die normale Kristallstruktur 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Gruppe-V-Elemente (fünfwertig) haben fünf Valenzelektronen, wodurch sie als Donor fungieren können. Das heißt, der Zusatz dieser fünfwertigen Verunreinigungen wie Arsen, Antimon oder Phosphor trägt zu freien Elektronen bei und erhöht die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters erheblich. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Leitungselektronen werden vollständig von der Anzahl der Donorelektronen dominiert . Deshalb:

Die Gesamtzahl der Leitungselektronen ist in etwa gleich der Zahl der Spenderstellen, n≈N _D .

Die Ladungsneutralität des Halbleitermaterials bleibt erhalten, da angeregte Donorstellen die Leitungselektronen ausgleichen. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Leitungselektronen erhöht wird, während die Anzahl der Löcher verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronen sind Majoritätsträger, während Löcher Minoritätsträger in n-Typ-Material sind.

Geberniveau

Unter dem Gesichtspunkt der Energielücke „erzeugen“ solche Verunreinigungen Energieniveaus in der Bandlücke nahe dem Leitungsband, so dass Elektronen von diesen Niveaus leicht in das Leitungsband angeregt werden können . Die Elektronen sollen die “ Majoritätsträger “ für den Stromfluss in einem n-Halbleiter sein. Dies verschiebt das effektive Fermi-Niveaubis zu einem Punkt etwa auf halbem Weg zwischen den Donorwerten und dem Leitungsband. Ferminiveau ist der Begriff, der verwendet wird, um die Spitze der Sammlung von Elektronenenergieniveaus bei absoluter Nulltemperatur zu beschreiben. Das Fermi-Niveau ist die Oberfläche des Fermi-Meeres bei absolutem Nullpunkt, an der keine Elektronen genug Energie haben, um sich über die Oberfläche zu erheben. Bei reinen Halbleitern liegt die Position des Fermi-Pegels innerhalb der Bandlücke, ungefähr in der Mitte der Bandlücke.

Halbleiter sind im Allgemeinen anorganische oder organische Materialien, deren Leitfähigkeit von der chemischen Struktur, der Temperatur, der Beleuchtung und dem Vorhandensein von Dotierstoffen abhängt. Der Name Halbleiter kommt von der Tatsache, dass diese Materialien eine elektrische Leitfähigkeit zwischen einem Metall wie Kupfer, Gold usw. und einem Isolator wie Glas aufweisen. Sie haben eine Energielücke von weniger als 4 eV (etwa 1 eV). In der Festkörperphysik ist diese Energielücke oder Bandlücke ein Energiebereich zwischen Valenzband und Leitungsbandwo Elektronenzustände verboten sind. Im Gegensatz zu Leitern müssen Elektronen in einem Halbleiter Energie (z. B. aus ionisierender Strahlung) gewinnen, um die Bandlücke zu überqueren und das Leitungsband zu erreichen. Die Eigenschaften von Halbleitern werden durch die Energielücke zwischen Valenz- und Leitungsband bestimmt.

Die PN-Kreuzung – Umgekehrte vorgespannte Kreuzung

Der Halbleiterdetektor arbeitet viel besser als Strahlungsdetektor, wenn eine externe Spannung in der Richtung mit umgekehrter Vorspannung an den Übergang angelegt wird . Der Verarmungsbereich fungiert als Strahlungsdetektor. Eine Verbesserung kann durch Verwendung einer Sperrspannung an dem PN-Übergang erreicht werden, um den Detektor von freien Ladungsträgern zu entleeren , was das Prinzip der meisten Halbleiterdetektoren ist. Das Vorspannen eines Übergangs in Sperrrichtung erhöht die Dicke des Verarmungsbereichs, da die Potentialdifferenz über den Übergang erhöht wird. Germaniumdetektoren haben eine Stiftstrukturin dem der intrinsische (i) Bereich gegenüber ionisierender Strahlung, insbesondere Röntgen- und Gammastrahlen, empfindlich ist. Unter umgekehrter Vorspannung erstreckt sich ein elektrisches Feld über den intrinsischen oder abgereicherten Bereich. In diesem Fall wird eine negative Spannung an die p-Seite und eine positive an die zweite angelegt. Löcher in der p-Region werden vom Übergang in Richtung des p-Kontakts und in ähnlicher Weise für Elektronen und den n-Kontakt angezogen. Diese Ladung, die proportional zu der vom einfallenden Photon im Detektor abgelagerten Energie ist, wird von einem integrierten ladungsempfindlichen Vorverstärker in einen Spannungsimpuls umgewandelt.

Siehe auch: Germaniumdetektoren, MIRION Technologies. <erhältlich unter: https://www.mirion.com/products/germanium-detectors>.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.

Ein externer Halbleiter oder dotierter Halbleiter ist ein Halbleiter, der absichtlich dotiert wurde, um seine elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften zu modulieren. Bei Halbleiterdetektoren für ionisierende Strahlung ist Dotieren das absichtliche Einbringen von Verunreinigungen in einen intrinsischen Halbleiter zum Zweck der Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften. Intrinsische Halbleiter werden daher auch als reine Halbleiter oder i-Halbleiter bezeichnet.

Die Zugabe eines kleinen Prozentsatzes von Fremdatomen in das regelmäßige Kristallgitter von Silizium oder Germanium führt zu dramatischen Änderungen ihrer elektrischen Eigenschaften, da diese in die Kristallstruktur des Halbleiters eingebauten Fremdatome freie Ladungsträger ( Elektronen oder Elektronenlöcher ) in der Zelle liefern Halbleiter. In einem externen Halbleiter liefern diese Fremddotierungsatome im Kristallgitter hauptsächlich die Ladungsträger, die elektrischen Strom durch den Kristall transportieren. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Dotierungsatomen, die zu zwei Arten von externen Halbleitern führen. Diese Dotierstoffe, die die gewünschten kontrollierten Änderungen erzeugen, werden entweder als Elektronenakzeptoren oder als Donoren klassifiziert und die entsprechenden dotierten Halbleiter sind bekannt als:

• Halbleiter vom n-Typ. 
• p-Halbleiter.

Ladungsträger in extrinsischen Halbleitern

Die Anzahl der Ladungsträger reiner Halbleiter bei bestimmter Temperatur wird durch die Eigenschaften des Materials selbst anstelle der Menge an Verunreinigungen bestimmt. Es ist zu beachten, dass eine 1 cm ³ -Probe von reinem Germanium bei 20 ° C etwa 4,2 × 10 ²² Atome enthält, aber auch etwa 2,5 × 10 ¹³ freie Elektronen und 2,5 × 10 ¹³ Löcher. Diese Ladungsträger werden durch thermische Anregung erzeugt . In intrinsischen Halbleitern sind die Anzahl der angeregten Elektronen und die Anzahl der Löcher gleich: n = p. Elektronen und Löcher entstehen durch Anregung von Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband. Ein Elektronenloch (oft einfach als Loch bezeichnet) ist das Fehlen eines Elektrons an einer Stelle, an der man in einem Atom oder Atomgitter existieren könnte. Diese Gleichheit kann sogar nach dem Dotieren des Halbleiters der Fall sein, allerdings nur, wenn er mit Donatoren und Akzeptoren gleichermaßen dotiert ist. In diesem Fall gilt immer noch n = p, und der Halbleiter bleibt intrinsisch, obwohl er dotiert ist. Die Zugabe von 0,001% Arsen (eine Verunreinigung) spendet zusätzliche 10 ¹⁷Freie Elektronen im gleichen Volumen und die elektrische Leitfähigkeit erhöhen sich um den Faktor 10.000. Bei dotiertem Material wäre das Signal-Rausch-Verhältnis (S / N) noch kleiner. Da Germanium eine relativ geringe Bandlücke aufweist, müssen diese Detektoren gekühlt werden, um die thermische Erzeugung von Ladungsträgern (also den umgekehrten Leckstrom) auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Andernfalls zerstört durch leckstrominduziertes Rauschen die Energieauflösung des Detektors.

Ladungsträger in n-Halbleitern

Im n-Halbleiter werden die Leitungselektronen vollständig von der Anzahl der Donorelektronen dominiert . Deshalb:

Die Gesamtzahl der Leitungselektronen ist in etwa gleich der Zahl der Spenderstellen, n≈N _D .

Die Ladungsneutralität des Halbleitermaterials bleibt erhalten, da angeregte Donorstellen die Leitungselektronen ausgleichen. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Leitungselektronen erhöht wird, während die Anzahl der Löcher verringert wird. Das Ungleichgewicht der Trägerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronen sind Majoritätsträger, während Löcher Minoritätsträger in n-Typ-Material sind.

Ladungsträger in p-Halbleitern

Im p-Halbleiter wird die Anzahl der Elektronenlöcher vollständig von der Anzahl der Akzeptorstellen dominiert. Deshalb:

Die Gesamtzahl von Löchern ist ungefähr gleich der Anzahl der Spenderstellen, p ≈ N _A .

Die Ladungsneutralität dieses Halbleitermaterials bleibt ebenfalls erhalten. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Elektronenlöcher erhöht wird, während die Anzahl der Leitungselektronen verringert wird. Das Ungleichgewicht der Trägerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronenlöcher sind Majoritätsträger , während Elektronen Minoritätsträger in p-Material sind.

p-Halbleiter

Ein extrinsischen Halbleiter welche wurde mit Elektronenakzeptor dotiert Atomen ist ein sogenannter p-Typ – Halbleiter , weil die Mehrheit der Ladungsträger in dem Kristall sind Elektronenlöcher (positive Ladungsträger). Das reine Halbleitersilizium ist ein vierwertiges Element , die normale Kristallstruktur enthält 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Elemente der Gruppe III (dreiwertig) enthalten alle drei Valenzelektronen, wodurch sie als Akzeptoren fungieren, wenn sie zur Dotierung von Silizium verwendet werden. Wenn ein Akzeptoratom ein vierwertiges Siliziumatom im Kristall ersetzt, entsteht ein leerer Zustand (ein Elektronenloch). Ein Elektronenloch (oft einfach als Loch bezeichnet) ist das Fehlen eines Elektrons an einer Stelle, an der man in einem Atom oder Atomgitter existieren könnte. Es ist eine der beiden Arten von Ladungsträgern, die für die Erzeugung von elektrischem Strom in Halbleitermaterialien verantwortlich sind. Diese positiv geladenen Löcher können sich in Halbleitermaterialien von Atom zu Atom bewegen, wenn Elektronen ihre Position verlassen. Der Zusatz von dreiwertigen Verunreinigungen wie Bor , Aluminium oder Galliuman einem intrinsischen Halbleiter entstehen diese positiven Elektronenlöcher in der Struktur. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Anzahl der Elektronenlöcher wird vollständig von der Anzahl der Akzeptorstellen bestimmt. Deshalb:

Die Gesamtzahl von Löchern ist ungefähr gleich der Anzahl der Spenderstellen, p ≈ N _A .

Die Ladungsneutralität dieses Halbleitermaterials bleibt ebenfalls erhalten. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Elektronenlöcher erhöht wird, während die Anzahl der Leitungselektronen verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronenlöcher sind Majoritätsträger , während Elektronen Minoritätsträger in p-Typ-Material sind.

Akzeptorstufe

Unter dem  Gesichtspunkt der Energielücke „erzeugen“ solche Verunreinigungen Energieniveaus innerhalb der Bandlücke nahe dem Valenzbandso dass Elektronen leicht vom Valenzband in diese Ebenen angeregt werden können und bewegliche Löcher im Valenzband verbleiben. Sie erzeugen „flache“ Niveaus, Niveaus, die sehr nahe am Valenzband liegen, sodass die Energie, die zur Ionisierung des Atoms erforderlich ist (akzeptieren Sie das Elektron, das das Loch füllt und ein weiteres Loch weiter vom substituierten Atom entfernt erzeugt), gering ist. Dies verschiebt das effektive Fermi-Niveau auf einen Punkt ungefähr auf halbem Wege zwischen den Akzeptor-Niveaus und dem Valenzband. Ferminiveau ist der Begriff, der verwendet wird, um die Spitze der Sammlung von Elektronenenergieniveaus bei absoluter Nulltemperatur zu beschreiben. Das Fermi-Niveau ist die Oberfläche des Fermi-Meeres bei absolutem Nullpunkt, an der keine Elektronen genug Energie haben, um sich über die Oberfläche zu erheben. Bei reinen Halbleitern liegt die Position des Fermi-Pegels innerhalb der Bandlücke, ungefähr in der Mitte der Bandlücke.

Halbleiter vom n-Typ

Ein mit Elektronendonoratomen dotierter fremder Halbleiter wird als n-Halbleiter bezeichnet, weil die Mehrzahl der Ladungsträger im Kristall negative Elektronen sind. Da Silizium ein vierwertiges Element ist, enthält die normale Kristallstruktur 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Gruppe-V-Elemente (fünfwertig) haben fünf Valenzelektronen, wodurch sie als Donor fungieren können. Das heißt, der Zusatz dieser fünfwertigen Verunreinigungen wie Arsen, Antimon oder Phosphor trägt zu freien Elektronen bei und erhöht die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters erheblich. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Leitungselektronen werden vollständig von der Anzahl der Donorelektronen dominiert . Deshalb:

Die Gesamtzahl der Leitungselektronen ist in etwa gleich der Zahl der Spenderstellen, n≈N _D .

Die Ladungsneutralität des Halbleitermaterials bleibt erhalten, da angeregte Donorstellen die Leitungselektronen ausgleichen. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Leitungselektronen erhöht wird, während die Anzahl der Löcher verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronen sind Majoritätsträger, während Löcher Minoritätsträger in n-Typ-Material sind.

Geberniveau

Unter dem  Gesichtspunkt der Energielücke „erzeugen“ solche Verunreinigungen Energieniveaus in der Bandlücke nahe dem Leitungsband, so dass Elektronen von diesen Niveaus leicht in das Leitungsband angeregt werden können . Die Elektronen sollen die “ Majoritätsträger “ für den Stromfluss in einem n-Halbleiter sein. Dies verschiebt das effektive Fermi-Niveaubis zu einem Punkt etwa auf halbem Weg zwischen den Donorwerten und dem Leitungsband. Ferminiveau ist der Begriff, der verwendet wird, um die Spitze der Sammlung von Elektronenenergieniveaus bei absoluter Nulltemperatur zu beschreiben. Das Fermi-Niveau ist die Oberfläche des Fermi-Meeres bei absolutem Nullpunkt, an der keine Elektronen genug Energie haben, um sich über die Oberfläche zu erheben. Bei reinen Halbleitern liegt die Position des Fermi-Pegels innerhalb der Bandlücke, ungefähr in der Mitte der Bandlücke.

Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Dotierungsatomen, die zu zwei Arten von externen Halbleitern führen. Diese Dotierstoffe, die die gewünschten kontrollierten Änderungen erzeugen, werden entweder als Elektronenakzeptoren oder als Donoren klassifiziert, und die entsprechenden dotierten Halbleiter sind bekannt als:

• Halbleiter vom n-Typ.
• p-Halbleiter.

Extrinsische Halbleiter sind Bestandteile vieler gängiger elektrischer Geräte sowie vieler Detektoren für ionisierende Strahlung. Zu diesem Zweck besteht eine Halbleiterdiode (Bauelemente, die Strom nur in einer Richtung zulassen) normalerweise aus Halbleitern vom p-Typ und vom n-Typ, die in Verbindung miteinander angeordnet sind.

Halbleiter vom n-Typ

Ein mit Elektronendonoratomen dotierter fremder Halbleiter wird als n-Halbleiter bezeichnet, weil die Mehrzahl der Ladungsträger im Kristall negative Elektronen sind. Da Silizium ein vierwertiges Element ist, enthält die normale Kristallstruktur 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Gruppe-V-Elemente (fünfwertig) haben fünf Valenzelektronen, wodurch sie als Donor fungieren können. Das heißt, der Zusatz dieser fünfwertigen Verunreinigungen wie Arsen, Antimon oder Phosphor trägt zu freien Elektronen bei und erhöht die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters erheblich. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Leitungselektronen werden vollständig von der Anzahl der Donorelektronen dominiert . Deshalb:

Die Gesamtzahl der Leitungselektronen ist in etwa gleich der Zahl der Spenderstellen, n≈N _D .

Die Ladungsneutralität des Halbleitermaterials bleibt erhalten, da angeregte Donorstellen die Leitungselektronen ausgleichen. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Leitungselektronen erhöht wird, während die Anzahl der Löcher verringert wird. Das Ungleichgewicht der Ladungsträgerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronen sind Majoritätsträger, während Löcher Minoritätsträger in n-Typ-Material sind.

p-Halbleiter

Ein extrinsischen Halbleiter welche wurde mit Elektronenakzeptor dotiert Atomen ist ein sogenannter p-Typ – Halbleiter , weil die Mehrheit der Ladungsträger in dem Kristall sind Elektronenlöcher (positive Ladungsträger). Das reine Halbleitersilizium ist ein vierwertiges Element , die normale Kristallstruktur enthält 4 kovalente Bindungen von vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierstoffe Elemente der Gruppe III und der Gruppe V. Elemente der Gruppe III (dreiwertig) enthalten alle drei Valenzelektronen, wodurch sie als Akzeptoren fungieren, wenn sie zur Dotierung von Silizium verwendet werden. Wenn ein Akzeptoratom ein vierwertiges Siliziumatom im Kristall ersetzt, entsteht ein leerer Zustand (ein Elektronenloch). Ein Elektronenloch (oft einfach als Loch bezeichnet) ist das Fehlen eines Elektrons an einer Stelle, an der man in einem Atom oder Atomgitter existieren könnte. Es ist eine der beiden Arten von Ladungsträgern, die für die Erzeugung von elektrischem Strom in Halbleitermaterialien verantwortlich sind. Diese positiv geladenen Löcher können sich in Halbleitermaterialien von Atom zu Atom bewegen, wenn Elektronen ihre Position verlassen. Der Zusatz von dreiwertigen Verunreinigungen wie Bor , Aluminium oder Galliuman einem intrinsischen Halbleiter entstehen diese positiven Elektronenlöcher in der Struktur. Beispielsweise erzeugt ein mit Bor dotierter Siliziumkristall (Gruppe III) einen Halbleiter vom p-Typ, während ein mit Phosphor dotierter Kristall (Gruppe V) einen Halbleiter vom n-Typ ergibt.

Die Anzahl der Elektronenlöcher wird vollständig von der Anzahl der Akzeptorstellen bestimmt. Deshalb:

Die Gesamtzahl von Löchern ist ungefähr gleich der Anzahl der Spenderstellen, p ≈ N _A .

Die Ladungsneutralität dieses Halbleitermaterials bleibt ebenfalls erhalten. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Elektronenlöcher erhöht wird, während die Anzahl der Leitungselektronen verringert wird. Das Ungleichgewicht der Trägerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronenlöcher sind Majoritätsträger , während Elektronen Minoritätsträger in p-Material sind.