Nick Connor

O nome semicondutor vem do fato de que esses materiais têm uma condutividade elétrica entre a de um metal, como cobre, ouro, etc. e um isolador, como o vidro. Eles têm um gap de energia menor que 4eV (cerca de 1eV). Na física do estado sólido, esse gap de energia ou gap de banda é um intervalo de energia entre a banda de valência e a banda de condução, onde os estados de elétrons são proibidos. As propriedades dos semicondutores são determinadas pela diferença de energia entre as bandas de valência e de condução. Para entender o que é semicondutor, precisamos definir esses termos.

Na física do estado sólido, o gap de energia ou o gap de banda é um intervalo de energia entre a banda de valência e a banda de condução, onde os estados dos elétrons são proibidos. Ao contrário dos condutores, os elétrons em um semicondutor devem obter energia (por exemplo, a partir de radiação ionizante) para atravessar a folga da banda e alcançar a banda de condução. As folgas de banda são naturalmente diferentes para diferentes materiais. Por exemplo, o diamante é um semicondutor de banda larga ( _gap  E = 5,47 eV) com alto potencial como material de dispositivo eletrônico em muitos dispositivos. Por outro lado, o germânio possui uma pequena energia de gap de banda ( _gap E = 0,67 eV), que requer a operação do detector em temperaturas criogênicas.

Detectores de germânio de alta pureza ( detectores HPGe ) são a melhor solução para espectroscopia precisa de raios gama e raios-x . Em comparação com os detectores de silício , o germânio é muito mais eficiente do que o silício para a detecção de radiação devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e à menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios , que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Devido ao seu número atômico mais alto, o Ge possui um coeficiente de atenuação linear muito maior, o que leva a um caminho livre médio mais curto. Além disso, os detectores de silício não podem ser mais grossos do que alguns milímetros, enquanto o germânio pode ter um esgotamento,espessura sensível de centímetros e, portanto, pode ser usado como um detector de absorção total para raios gama de até poucos MeV.

Para obter a máxima eficiência, os detectores de HPGe devem operar a temperaturas muito baixas de nitrogênio líquido (-196 ° C), porque, à temperatura ambiente, o ruído causado pela excitação térmica é muito alto.

Detector HPGe – Princípio de operação

A operação dos detectores de semicondutores é resumida nos seguintes pontos:

• A radiação ionizante entra no volume sensível ( cristal de germânio ) do detector e interage com o material semicondutor.
• O fóton de alta energia que passa pelo detector ioniza os átomos do semicondutor, produzindo os pares elétron-buraco . O número de pares elétron-buraco é proporcional à energia da radiação para o semicondutor. Como resultado, um número de elétrons é transferido da banda de valência para a banda de condução e um número igual de orifícios é criado na banda de valência.
• Como o germânio pode ter uma espessura sensível e esgotada de centímetros, eles são capazes de absorver totalmente os fótons de alta energia  (até alguns MeV).
• Sob a influência de um campo elétrico, elétrons e buracos viajam para os eletrodos, onde resultam em um pulso que pode ser medido em um circuito externo.
• Esse pulso carrega informações sobre a energia da radiação incidente original. O número desses pulsos por unidade de tempo também fornece informações sobre a intensidade da radiação.

Em todos os casos, um fóton deposita uma parte de sua energia ao longo do caminho e pode ser absorvido totalmente. A absorção total de um fóton de 1 MeV produz cerca de 3 x 10 ⁵ pares de furos de elétrons. Este valor é menor em comparação com o número total de portadores livres em de 1 cm ³ semicondutor intrínseco . As partículas que passam pelo detector ionizam os átomos do semicondutor, produzindo os pares elétron-buraco. Mas em detectores à base de germânio à temperatura ambiente, a excitação térmica é dominante. É causada por impurezas, irregularidades na estrutura ou dopante . Depende fortemente da _diferença E(uma distância entre a valência e a banda de condução), que é muito baixa para o germânio (Egap = 0,67 eV). Como a excitação térmica resulta no ruído do detector, é necessário um resfriamento ativo para alguns tipos de semicondutores (por exemplo, germânio).

Observe que uma amostra de 1 cm ³ de germânio puro a 20 ° C contém cerca de 4,2 × 10 ²² átomos, mas também contém cerca de 2,5 x 10 ¹³ elétrons livres e 2,5 x 10 ¹³ orifícios gerados constantemente a partir da energia térmica. Como pode ser visto, a relação sinal-ruído (S / N) seria mínima (comparar com 3 x 10 ⁵ pares de electrão-lacuna). A adição de 0,001% de arsênico (uma impureza) doa um extra de 10 ¹⁷elétrons livres no mesmo volume e a condutividade elétrica é aumentada em um fator de 10.000. No material dopado, a relação sinal / ruído (S / N) seria ainda menor. Como o germânio possui um intervalo de banda relativamente baixo, esses detectores devem ser resfriados para reduzir a geração térmica de portadores de carga (portanto, reverter a corrente de fuga) para um nível aceitável. Caso contrário, o ruído induzido pela corrente de fuga destrói a resolução de energia do detector.

Detectores de germânio de alta pureza ( detectores HPGe ) são a melhor solução para espectroscopia precisa de raios gama e raios-x . Em comparação com os detectores de silício , o germânio é muito mais eficiente do que o silício para a detecção de radiação devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e à menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios , que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Devido ao seu número atômico mais alto, o Ge possui um coeficiente de atenuação linear muito maior, o que leva a um caminho livre médio mais curto. Além disso, os detectores de silício não podem ser mais grossos do que alguns milímetros, enquanto o germânio pode ter um esgotamento,espessura sensível de centímetros e, portanto, pode ser usado como um detector de absorção total para raios gama de até poucos MeV.

Para obter a máxima eficiência, os detectores de HPGe devem operar a temperaturas muito baixas de nitrogênio líquido (-196 ° C), porque, à temperatura ambiente, o ruído causado pela excitação térmica é muito alto.

Arrefecimento de detectores HPGe

A principal desvantagem dos detectores de germânio é que eles devem ser resfriados a temperaturas de nitrogênio líquido. Como o germânio possui um intervalo de banda relativamente baixo , esses detectores devem ser resfriados para reduzir a geração térmica de portadores de carga para um nível aceitável. Caso contrário, o ruído induzido pela corrente de fuga destrói a resolução de energia do detector. Lembre-se, a diferença de banda (uma distância entre a valência e a banda de condução ) é muito baixa para o germânio (Egap = 0,67 eV). O resfriamento até a temperatura do nitrogênio líquido (-195,8 ° C; -320 ° F) reduz as excitações térmicas dos elétrons de valência, de modo que apenas uma interação de raios gama pode fornecer ao elétron a energia necessária para atravessar o intervalo da banda e alcançar a banda de condução.

Portanto, os detectores HPGe geralmente são equipados com um criostato . Os cristais de germânio são mantidos dentro de um recipiente de metal evacuado, conhecido como suporte do detector . O suporte do detector e a “tampa” são finos para evitar a atenuação de fótons de baixa energia. O suporte é geralmente feito de alumínio e normalmente tem 1 mm de espessura. A tampa também é geralmente feita de alumínio. O cristal HPGe dentro do suporte está em contato térmico com uma haste de metal chamada dedo frio . O dedo frio transfere o calor do conjunto do detector para o reservatório de nitrogênio líquido (LN ₂ ). A combinação do recipiente de metal a vácuo, o dedo frio e o balão Dewarpara o nitrogênio líquido criogênico é chamado o criostato. O pré-amplificador do detector de germânio é normalmente incluído como parte do pacote de criostato. Como o pré-amplificador deve estar localizado o mais próximo possível, para que a capacitância geral possa ser minimizada, o pré-amplificador é instalado juntos. Os estágios de entrada do pré-amplificador também são resfriados. O dedo frio se estende além do limite de vácuo do criostato para um balão Dewar que é preenchido com nitrogênio líquido. A imersão do dedo frio no nitrogênio líquido mantém o cristal HPGe a uma temperatura baixa constante. A temperatura do nitrogênio líquido é mantida constante a 77 K (-195,8 ° C; -320 ° F) por ebulição lenta do líquido, resultando na evolução do gás nitrogênio. Dependendo do tamanho e design, o tempo de espera dos frascos a vácuo varia de algumas horas a algumas semanas.

O resfriamento com nitrogênio líquido é inconveniente, pois o detector requer horas para esfriar até a temperatura operacional antes de poder ser usado e não pode aquecer durante o uso. Os detectores HPGe podem aquecer até a temperatura ambiente quando não estiverem em uso . Deve-se notar que nunca foi possível aquecer os cristais de Ge (Li), pois o lítio flutuava para fora do cristal, arruinando o detector.

Tornaram-se disponíveis sistemas comerciais que utilizam técnicas avançadas de refrigeração (por exemplo, um  resfriador de tubo de pulso ) para eliminar a necessidade de resfriamento com nitrogênio líquido. Este sistema de refrigeração é um criostato elétrico, completamente livre de LN ₂ .

Veja também: Detectores de germânio, MIRION Technologies. <disponível em: https://www.mirion.com/products/germanium-detectors>.

A principal desvantagem dos detectores de germânio é que eles devem ser resfriados a temperaturas de nitrogênio líquido. Como o germânio possui um intervalo de banda relativamente baixo , esses detectores devem ser resfriados para reduzir a geração térmica de portadores de carga para um nível aceitável. Caso contrário, o ruído induzido pela corrente de fuga destrói a resolução de energia do detector. Lembre-se, a diferença de banda (uma distância entre a valência e a banda de condução ) é muito baixa para o germânio (Egap = 0,67 eV). O resfriamento até a temperatura do nitrogênio líquido (-195,8 ° C; -320 ° F) reduz as excitações térmicas dos elétrons de valência, de modo que apenas uma interação de raios gama pode fornecer ao elétron a energia necessária para atravessar o intervalo da banda e alcançar a banda de condução.

Portanto, os detectores HPGe geralmente são equipados com um criostato . Os cristais de germânio são mantidos dentro de um recipiente de metal evacuado, conhecido como suporte do detector . O suporte do detector e a “tampa” são finos para evitar a atenuação de fótons de baixa energia. O suporte é geralmente feito de alumínio e normalmente tem 1 mm de espessura. A tampa também é geralmente feita de alumínio. O cristal HPGe dentro do suporte está em contato térmico com uma haste de metal chamada dedo frio . O dedo frio transfere o calor do conjunto do detector para o reservatório de nitrogênio líquido (LN ₂ ). A combinação do recipiente de metal a vácuo, o dedo frio e o balão Dewarpara o nitrogênio líquido criogênico é chamado o criostato. O pré-amplificador do detector de germânio é normalmente incluído como parte do pacote de criostato. Como o pré-amplificador deve estar localizado o mais próximo possível, para que a capacitância geral possa ser minimizada, o pré-amplificador é instalado juntos. Os estágios de entrada do pré-amplificador também são resfriados. O dedo frio se estende além do limite de vácuo do criostato para um balão Dewar que é preenchido com nitrogênio líquido. A imersão do dedo frio no nitrogênio líquido mantém o cristal HPGe a uma temperatura baixa constante. A temperatura do nitrogênio líquido é mantida constante a 77 K (-195,8 ° C; -320 ° F) por ebulição lenta do líquido, resultando na evolução do gás nitrogênio. Dependendo do tamanho e design, o tempo de espera dos frascos a vácuo varia de algumas horas a algumas semanas.

O resfriamento com nitrogênio líquido é inconveniente, pois o detector requer horas para esfriar até a temperatura operacional antes de poder ser usado e não pode aquecer durante o uso. Os detectores HPGe podem aquecer até a temperatura ambiente quando não estiverem em uso . Deve-se notar que nunca foi possível aquecer os cristais de Ge (Li), pois o lítio flutuava para fora do cristal, arruinando o detector.

Tornaram-se disponíveis sistemas comerciais que utilizam técnicas avançadas de refrigeração (por exemplo, um  resfriador de tubo de pulso ) para eliminar a necessidade de resfriamento com nitrogênio líquido. Este sistema de refrigeração é um criostato elétrico, completamente livre de LN ₂ .

Veja também: Detectores de germânio, MIRION Technologies. <disponível em: https://www.mirion.com/products/germanium-detectors>.

Os detectores de semicondutores à base de germânio são mais comumente usados ​​onde é necessária uma resolução muito boa de energia , especialmente para espectroscopia gama , bem como espectroscopia de raios-x. Na espectroscopia gama, o germânio é preferido devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e aumentar a probabilidade de interação com raios gama. Além disso, o germânio possui menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios, que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Isso também fornece ao último uma melhor resolução em energia. Por outro lado, para obter a máxima eficiência, os detectores devem operar a temperaturas muito baixas de nitrogênio líquido (-196 ° C), porque, à temperatura ambiente, o ruído causado pela excitação térmica é muito alto.

Como os detectores de germânio produzem a mais alta resolução comumente disponível atualmente, eles são usados ​​para medir radiação em diversas aplicações, incluindo monitoramento pessoal e ambiental de contaminação radioativa, aplicações médicas, ensaio radiométrico, segurança nuclear e segurança de usinas nucleares.

Aplicação de detectores de germânio – espectroscopia gama

Como foi escrito, o estudo e a análise de espectros de raios gama para uso científico e técnico são chamados espectroscopia gama, e os espectrômetros de raios gama são os instrumentos que observam e coletam esses dados. Um espectrômetro de raios gama (GRS) é um dispositivo sofisticado para medir a distribuição de energia da radiação gama. Para a medição de raios gama acima de várias centenas de keV, existem duas categorias de detectores de grande importância:  cintiladores inorgânicos como NaI (Tl)  e  detectores semicondutores. Nos artigos anteriores, descrevemos a espectroscopia gama usando um detector de cintilação, que consiste em um cristal cintilador adequado, um tubo fotomultiplicador e um circuito para medir a altura dos pulsos produzidos pelo fotomultiplicador. As vantagens de um contador de cintilação são sua eficiência (tamanho grande e alta densidade) e as altas taxas de precisão e contagem possíveis. Devido ao alto número atômico de iodo, um grande número de todas as interações resultará na absorção completa da energia dos raios gama, de modo que a fração fotográfica será alta.

Mas, se  for necessária uma  resolução perfeita de energia , precisamos usar  um detector à base de germânio , como o  detector HPGe . Os detectores de semicondutores à base de germânio são mais comumente usados ​​onde é necessária uma resolução de energia muito boa, especialmente para  espectroscopia gama , bem como  espectroscopia de raios-x. Na espectroscopia gama, o germânio é preferido devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e aumentar a probabilidade de interação com raios gama. Além disso, o germânio possui menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios, que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Isso também fornece ao último uma melhor resolução em energia. O FWHM (largura total na metade do máximo) para detectores de germânio é uma função da energia. Para um fóton de 1,3 MeV, o FWHM é de 2,1 keV, o que é muito baixo.

Detectores de semicondutores à base de germânio

Os detectores de semicondutores à base de germânio são mais comumente usados ​​onde é necessária uma resolução de energia muito boa , especialmente para espectroscopia gama , bem como espectroscopia de raios-x.

Vantagens e desvantagens dos detectores de germânio

Vantagens dos detectores de germânio

• Maior número atômico. O germânio é preferido devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e aumentar a probabilidade de interação de raios gama.
• O germânio possui energia média mais baixa necessária para criar um par de elétrons-orifícios, que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio.
• Muito boa resolução de energia . O FWHM para detectores de germânio é uma função da energia. Para um fóton de 1,3 MeV, o FWHM é de 2,1 keV, o que é muito baixo.
• Grandes cristais . Enquanto os detectores à base de silício não podem ser mais espessos que alguns milímetros, o germânio pode ter uma espessura sensível e esgotada de centímetros e, portanto, pode ser usado como um detector de absorção total para raios gama de até poucos MeV.

Desvantagens dos detectores de germânio

• Arrefecimento . Para obter a máxima eficiência, os detectores devem operar em temperaturas muito baixas de nitrogênio líquido (-196 ° C), porque em temperatura ambiente o ruído causado pela excitação térmica é muito alto.
• Preço . A desvantagem é que os detectores de germânio são muito mais caros que as câmaras de ionização ou contadores de cintilação .

Na física experimental, os detectores ΔE-E , conhecidos como telescópios , são dispositivos poderosos para identificação de partículas carregadas . Para fornecer identificação de partículas carregadas, telescópios que consistem em pares de detectores de barreira de superfície finos e espessos podem ser usados. Esses detectores devem ser posicionados em série. A velocidade é deduzida da potência de parada medida nos detectores finos ( detectores ΔE ). Existe uma forte correlação entre a energia depositada em cada detector. Essa correlação depende da massa (A), da carga (Z) e da energia cinética (E) de cada partícula. A massa é deduzida da faixa ou da perda de energia cinética total no detector mais espesso (Detector E ).

Os telescópios podem ser compostos por vários detectores ( câmaras de ionização , detectores de silício e cintiladores, por exemplo) empilhados para desacelerar as partículas carregadas, o primeiro sendo o mais fino e o último o mais espesso. Os contadores de cintilação CsI podem ser, por exemplo, usados ​​como contadores E finais. Como um exemplo de telescópio, um conjunto baseado em dois detectores de silicone ΔE frontais (10 ou 30 µm) e um contador de silício E com 1500 µm de espessura pode ser usado para a detecção de partículas carregadas de alta energia.

Os detectores à base de silicone são muito bons para rastrear partículas carregadas. Um detector de tiras de silício é um arranjo de implantes em forma de tiras que atuam como eletrodos coletores de carga.

Os detectores de fita de silicone com área de 5 x 5 cm ² são bastante comuns e são usados ​​em série (assim como os planos de MWPCs)) para determinar as trajetórias de partículas carregadas com precisão de posição da ordem de vários μm na direção transversal. Colocados em uma bolacha de silício com baixa dopagem e totalmente empobrecida, esses implantes formam uma matriz unidimensional de diodos. Ao conectar cada uma das tiras metalizadas a um amplificador sensível à carga, é construído um detector sensível à posição. É possível obter medições de posição bidimensionais aplicando uma faixa adicional, como doping na parte traseira da bolacha, usando uma tecnologia de dupla face. Esses dispositivos podem ser usados ​​para medir pequenos parâmetros de impacto e, assim, determinar se alguma partícula carregada se originou de uma colisão primária ou foi o produto de decomposição de uma partícula primária que percorreu uma pequena distância da interação original e depois se deteriorou.

Os detectores de tira de silício constituem uma parte substancial do sistema de detecção no LHC no CERN. A maioria dos detectores de partículas de silício trabalha, em princípio, dopando tiras estreitas (geralmente com cerca de 100 micrômetros de largura) de silício para transformá-las em diodos, que são então polarizados inversamente. À medida que as partículas carregadas passam por essas tiras, elas causam pequenas correntes de ionização que podem ser detectadas e medidas. Organizar milhares desses detectores em torno de um ponto de colisão em um acelerador de partículas pode fornecer uma imagem precisa de quais caminhos as partículas seguem.

Por exemplo, o Sistema de rastreamento interno (ITS) de uma experiência de colisor de íons grandes (ALICE) contém três camadas de detectores baseados em silício:

• Detector de pixels de silicone (SPD)
• Detector de deriva de silício (SDD)
• Detector de tira de silicone (SSD)

Os detectores de semicondutores à base de silício são usados ​​principalmente para detectores de partículas carregadas (especialmente para rastrear partículas carregadas ) e detectores de raios-X moles, enquanto o germânio é amplamente usado para espectroscopia de raios gama. Um semicondutor grande, limpo e quase perfeito é ideal como um contador para a radioatividade . No entanto, é difícil produzir cristais grandes com pureza suficiente. Os detectores de semicondutores têm, portanto, baixa eficiência, mas fornecem uma medida muito precisa da energia. Os detectores baseados em silício têm ruído suficientemente baixo, mesmo em temperatura ambiente. Isso é causado pelo grande intervalo de banda de silício (Egap = 1,12 eV), que nos permite operar o detector à temperatura ambiente, mas o resfriamento é preferido para reduzir o ruído.

Vantagens e desvantagens dos detectores de silício

Vantagens dos detectores de silício

• Comparado com os detectores de ionização gasosa, a densidade de um detector de semicondutor é muito alta e partículas carregadas de alta energia podem liberar sua energia em um semicondutor de dimensões relativamente pequenas.
• O silício tem uma alta densidade de 2.329 g / cm ³ e, portanto, a perda média de energia por unidade de comprimento permite a construção de detectores finos (por exemplo, 300 µm) que ainda produzem sinais mensuráveis. Por exemplo, no caso de partículas ionizantes mínimas (MIP), a perda de energia é de 390 eV / µm. Os detectores de silício são mecanicamente rígidos e, portanto, nenhuma estrutura de suporte especial é necessária.
• Os detectores à base de silício são muito bons para rastrear partículas carregadas, eles constituem uma parte substancial do sistema de detecção no LHC no CERN.
• Os detectores de silício podem ser usados ​​em campos magnéticos fortes.

Desvantagens dos detectores de silício

• Preço . A desvantagem é que os detectores de silício são muito mais caros que as câmaras de nuvem ou de arame.
• Degradação . Eles também sofrem degradação ao longo do tempo devido à radiação, no entanto, isso pode ser bastante reduzido graças ao efeito Lázaro.
• Alta FWHM . Na espectroscopia gama, o germânio é preferido devido ao seu número atômico ser muito maior que o silício e aumentar a probabilidade de interação com raios gama. Além disso, o germânio possui menor energia média necessária para criar um par de elétrons-orifícios, que é 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio. Isso também fornece ao último uma melhor resolução em energia.

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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.

Os detectores de semicondutores à base de silício são usados ​​principalmente para detectores de partículas carregadas (especialmente para rastrear partículas carregadas ) e detectores de raios-X moles, enquanto o germânio é amplamente usado para espectroscopia de raios gama. Um semicondutor grande, limpo e quase perfeito é ideal como um contador para a radioatividade . No entanto, é difícil produzir cristais grandes com pureza suficiente. Os detectores de semicondutores têm, portanto, baixa eficiência, mas fornecem uma medida muito precisa da energia. Os detectores baseados em silício têm ruído suficientemente baixo, mesmo em temperatura ambiente. Isso é causado pelo gap de banda largade silício (Egap = 1,12 eV), que nos permite operar o detector à temperatura ambiente, mas é preferível o resfriamento para reduzir o ruído. A desvantagem é que os detectores de silício são muito mais caros que as câmaras de nuvem ou de arame e requerem um arrefecimento sofisticado para reduzir as correntes de fuga (ruído). Eles também sofrem degradação ao longo do tempo devido à radiação, no entanto, isso pode ser bastante reduzido graças ao efeito Lázaro.

Aplicação de detectores de silício

Como os detectores à base de silício são muito bons para rastrear partículas carregadas, eles constituem uma parte substancial do sistema de detecção no LHC no CERN. A maioria dos detectores de partículas de silício trabalha, em princípio, dopando tiras estreitas (geralmente com cerca de 100 micrômetros de largura) de silício para transformá-las em diodos, que são então polarizados inversamente. À medida que as partículas carregadas passam por essas tiras, elas causam pequenas correntes de ionização que podem ser detectadas e medidas. Organizar milhares desses detectores em torno de um ponto de colisão em um acelerador de partículas pode fornecer uma imagem precisa de quais caminhos as partículas seguem. Por exemplo, o Sistema de rastreamento interno (ITS) de uma experiência de colisor de íons grandes (ALICE) contém três camadas de detectores baseados em silício:

• Detector de pixels de silicone (SPD)
• Detector de deriva de silício (SDD)
• Detector de tira de silicone (SSD)

Detectores de tira de silicone

Os detectores à base de silicone são muito bons para rastrear partículas carregadas. Um detector de tiras de silício é um arranjo de implantes em forma de tiras que atuam como eletrodos coletores de carga.

Os detectores de fita de silicone com área de 5 x 5 cm ² são bastante comuns e são usados ​​em série (assim como os planos de MWPCs)) para determinar as trajetórias de partículas carregadas com precisão de posição da ordem de vários μm na direção transversal. Colocados em uma bolacha de silício com baixa dopagem e totalmente empobrecida, esses implantes formam uma matriz unidimensional de diodos. Ao conectar cada uma das tiras metalizadas a um amplificador sensível à carga, é construído um detector sensível à posição. É possível obter medições de posição bidimensionais aplicando uma faixa adicional, como doping na parte traseira da bolacha, usando uma tecnologia de dupla face. Esses dispositivos podem ser usados ​​para medir pequenos parâmetros de impacto e, assim, determinar se alguma partícula carregada se originou de uma colisão primária ou foi o produto de decomposição de uma partícula primária que percorreu uma pequena distância da interação original e depois se deteriorou.

Os detectores de tira de silício constituem uma parte substancial do sistema de detecção no LHC no CERN. A maioria dos detectores de partículas de silício trabalha, em princípio, dopando tiras estreitas (geralmente com cerca de 100 micrômetros de largura) de silício para transformá-las em diodos, que são então polarizados inversamente. À medida que as partículas carregadas passam por essas tiras, elas causam pequenas correntes de ionização que podem ser detectadas e medidas. Organizar milhares desses detectores em torno de um ponto de colisão em um acelerador de partículas pode fornecer uma imagem precisa de quais caminhos as partículas seguem.

Por exemplo, o Sistema de rastreamento interno (ITS) de uma experiência de colisor de íons grandes (ALICE) contém três camadas de detectores baseados em silício:

• Detector de pixels de silicone (SPD)
• Detector de deriva de silício (SDD)
• Detector de tira de silicone (SSD)

Delta E – E Detector – Telescópio

Na física experimental, os detectores ΔE-E , conhecidos como telescópios , são dispositivos poderosos para identificação de partículas carregadas . Para fornecer identificação de partículas carregadas, telescópios que consistem em pares de detectores de barreira de superfície finos e espessos podem ser usados. Esses detectores devem ser posicionados em série. A velocidade é deduzida da potência de parada medida nos detectores finos ( detectores ΔE ). Existe uma forte correlação entre a energia depositada em cada detector. Essa correlação depende da massa (A), da carga (Z) e da energia cinética (E) de cada partícula. A massa é deduzida da faixa ou da perda de energia cinética total no detector mais espesso (Detector E ).

Os telescópios podem ser compostos por vários detectores ( câmaras de ionização , detectores de silício e cintiladores, por exemplo) empilhados para desacelerar as partículas carregadas, o primeiro sendo o mais fino e o último o mais espesso. Os contadores de cintilação CsI podem ser, por exemplo, usados ​​como contadores E finais. Como um exemplo de telescópio, um conjunto baseado em dois detectores de silício ΔE dianteiros (10 ou 30 µm) e um contador de silício E com 1500 µm de espessura pode ser usado para a detecção de partículas carregadas de alta energia.