Qué es el germanio como semiconductor – Propiedades – Definición

En general, los semiconductores son materiales, inorgánicos u orgánicos, que tienen la capacidad de controlar su conducción dependiendo de la estructura química, la temperatura, la iluminación y la presencia de dopantes. El nombre semiconductor proviene del hecho de que estos materiales tienen una conductividad eléctrica entre la de un metal, como cobre, oro, etc. y un aislante, como el vidrio. Tienen una brecha de energía inferior a 4eV (aproximadamente 1eV). En física de estado sólido, este intervalo de energía o intervalo de banda es un rango de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción.donde los estados electrónicos están prohibidos. A diferencia de los conductores, los electrones en un semiconductor deben obtener energía (p. Ej., De la radiación ionizante) para atravesar el intervalo de banda y alcanzar la banda de conducción. Las propiedades de los semiconductores están determinadas por la brecha de energía entre las bandas de valencia y conducción.

Germanio como semiconductor

El germanio es un elemento químico con el número atómico 32, lo que significa que hay 32 protones y 32 electrones en la estructura atómica. El símbolo químico del germanio es Ge . El germanio es un metaloide lustroso, duro, de color blanco grisáceo en el grupo de carbono, químicamente similar a su grupo vecino al estaño y al silicio. El germanio puro es un semiconductor con una apariencia similar al silicio elemental. El germanio se usa ampliamente para la espectroscopía de rayos gamma . En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. El germanio se usa más que el silicio para la detección de radiación porque la energía promedio necesaria para crear unEl par de electrones es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio, lo que proporciona a este último una mejor resolución en energía. Por otro lado, el germanio tiene una pequeña energía de banda prohibida ( _brecha E = 0.67 eV), que requiere operar el detector a temperaturas criogénicas.

Detectores de semiconductores basados ​​en germanio

Los detectores de semiconductores basados ​​en germanio se usan más comúnmente cuando se requiere una muy buena resolución de energía , especialmente para la espectroscopía gamma, así como la espectroscopía de rayos x. En la espectroscopía gamma, se prefiere el germanio debido a que su número atómico es mucho más alto que el silicio y que aumenta la probabilidad de interacción con los rayos gamma. Además, el germanio tiene una energía media más baja necesaria para crear un par de electrones, que es 3.6 eV para silicio y 2.9 eV para germanio. Esto también proporciona a este último una mejor resolución en energía. Un semiconductor de germanio grande, limpio y casi perfecto es ideal como contador de radiactividad. Sin embargo, es difícil y costoso hacer cristales grandes con suficiente pureza. Si bien los detectores basados ​​en silicio no pueden ser más gruesos que unos pocos milímetros, el germanio puede tener un espesor de centímetros agotado y sensible y, por lo tanto, puede usarse como un detector de absorción total para rayos gamma de hasta pocos MeV.

Por otro lado, para lograr la máxima eficiencia, los detectores deben funcionar a temperaturas muy bajas de nitrógeno líquido (-196 ° C), porque a temperaturas ambiente el ruido causado por la excitación térmica es muy alto.

Dado que los detectores de germanio producen la resolución más alta disponible en la actualidad, se utilizan para medir la radiación en una variedad de aplicaciones, incluido el monitoreo del personal y el medio ambiente para detectar contaminación radiactiva, aplicaciones médicas, ensayos radiométricos, seguridad nuclear y seguridad de plantas nucleares.