Em geral, os semicondutores são materiais, inorgânicos ou orgânicos, que têm a capacidade de controlar sua condução, dependendo da estrutura química, temperatura, iluminação e presença de dopantes. 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 de estado sólido, esse gap de energia ou gap de banda é um intervalo de energia entre a banda de valência e a banda de conduçãoonde estados de 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 propriedades dos semicondutores são determinadas pela diferença de energia entre as bandas de valência e de condução.
Germânio como semicondutor
O germânio é um elemento químico com número atômico 32, o que significa que existem 32 prótons e 32 elétrons na estrutura atômica. O símbolo químico do germânio é Ge . O germânio é um metalóide brilhante, duro, branco-acinzentado no grupo carbono, quimicamente semelhante aos vizinhos do grupo, estanho e silício. O germânio puro é um semicondutor com aparência semelhante ao silício elementar. O germânio é amplamente utilizado para espectroscopia de raios gama . 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. O germânio é mais usado que o silício para detecção de radiação, porque a energia média necessária para criar umO par de elétrons e orifícios é de 3,6 eV para silício e 2,9 eV para germânio, o que fornece a este uma melhor resolução em energia. Por outro lado, o germânio possui uma energia de gap de banda pequena ( gap E = 0,67 eV), que requer a operação do detector em temperaturas criogênicas.
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. 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. Um semicondutor de germânio grande, limpo e quase perfeito é ideal como um contador para a radioatividade. No entanto, é difícil e caro produzir cristais grandes com pureza suficiente. Enquanto os detectores à base de silício não podem ser mais grossos do 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.
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.
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