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.
Silizium als Halbleiter
Silizium ist ein chemisches Element mit der Ordnungszahl 14 , das heißt , es gibt 14 Protonen und 14 Elektronen in der Atomstruktur. Das chemische Symbol für Silizium ist Si . Silizium ist ein harter und spröder kristalliner Feststoff mit einem blaugrauen Metallglanz, es ist ein vierwertiges Metalloid und ein Halbleiter. Silizium wird hauptsächlich für Detektoren für geladene Teilchen (insbesondere zum Verfolgen geladener Teilchen) und für weiche Röntgendetektoren verwendet. Die große Bandlückenenergie (Egap = 1,12 eV) ermöglicht es uns, den Detektor bei Raumtemperatur zu betreiben, jedoch wird eine Kühlung bevorzugt, um das Rauschen zu reduzieren. Siliziumbasierte Detektoren sind in der Hochenergiephysik von großer Bedeutung. Da Silizium-basierte Detektoren sehr gut für die Verfolgung geladener Teilchen sindSie sind ein wesentlicher Bestandteil des Nachweissystems am LHC im CERN.
Halbleiterdetektoren auf Siliziumbasis
Halbleiterdetektoren auf Siliziumbasis werden 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 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 auch 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 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 erheblich verringert werden.
Siehe auch: Germaniumdetektoren, MIRION Technologies. <erhältlich unter: https://www.mirion.com/products/germanium-detectors>.
