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.
Funktionsprinzip von Halbleiterdetektoren
Die Funktionsweise von Halbleiterdetektoren ist in folgenden Punkten zusammengefasst:
- Ionisierende Strahlung tritt in das empfindliche Volumen des Detektors ein und interagiert mit dem Halbleitermaterial.
- Durch den Detektor gelangende Teilchen ionisieren die Atome des Halbleiters und erzeugen die Elektronen-Loch-Paare . Die Anzahl der Elektronen-Loch-Paare ist proportional zur Energie der Strahlung zum Halbleiter. Infolgedessen wird eine Anzahl von Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband übertragen, und es wird eine gleiche Anzahl von Löchern 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 gibt Auskunft 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 Elektronen-Loch-Paaren erforderliche Energie ist sehr gering im Vergleich zu der Energie, die zur Erzeugung von Ionenpaaren in einem Gasionisationsdetektor erforderlich ist . Bei Halbleiterdetektoren ist die statistische Variation der Impulshöhe kleiner und die Energieauflösung höher. Da sich die Elektronen schnell fortbewegen, ist auch die Zeitauflösung sehr gut. Im Vergleich zu Gasionisationsdetektoren ist die Dichte eines Halbleiterdetektors sehr hoch und geladene Teilchen mit hoher Energie können ihre Energie in einem Halbleiter mit relativ kleinen Abmessungen abgeben.
