{"id":21692,"date":"2020-07-21T11:46:44","date_gmt":"2020-07-21T11:46:44","guid":{"rendered":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/o-que-e-um-detector-de-semicondutores-a-base-de-germanio-definicao\/"},"modified":"2020-07-21T11:46:44","modified_gmt":"2020-07-21T11:46:44","slug":"o-que-e-um-detector-de-semicondutores-a-base-de-germanio-definicao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/pt-br\/o-que-e-um-detector-de-semicondutores-a-base-de-germanio-definicao\/","title":{"rendered":"O que \u00e9 um detector de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio &#8211; Defini\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"<div class=\"su-quote su-quote-style-default\">\n<div class=\"su-quote-inner su-u-clearfix su-u-trim\">Os detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio s\u00e3o mais comumente usados \u200b\u200bonde \u00e9 necess\u00e1ria uma resolu\u00e7\u00e3o de energia muito boa, especialmente para espectroscopia gama, bem como espectroscopia de raios-x.\u00a0Dosimetria de Radia\u00e7\u00e3o<\/div>\n<\/div>\n<div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\"><\/div>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<h2>Detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio<\/h2>\n<figure id=\"attachment_26112\" class=\"wp-caption alignright\" aria-describedby=\"caption-attachment-26112\"><a href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-Germanium.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"size-medium wp-image-26112 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-Germanium-300x204.png\" alt=\"Detector HPGe - Germ\u00e2nio\" width=\"300\" height=\"204\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-Germanium-300x204.png\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-26112\" class=\"wp-caption-text\">Detector HPGe com criostato LN2 Fonte: canberra.com<\/figcaption><\/figure>\n<p><strong>Os detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio<\/strong>\u00a0s\u00e3o mais comumente usados \u200b\u200bonde\u00a0\u00e9 necess\u00e1ria uma\u00a0<strong>resolu\u00e7\u00e3o de energia muito boa<\/strong>\u00a0, especialmente para\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/gamma-spectroscopy\/\"><strong>espectroscopia gama<\/strong><\/a>, bem como espectroscopia de raios-x.\u00a0Na espectroscopia gama, o germ\u00e2nio \u00e9 preferido devido ao seu n\u00famero at\u00f4mico ser muito maior que o sil\u00edcio e aumentar a probabilidade de intera\u00e7\u00e3o com raios gama.\u00a0Al\u00e9m disso, o germ\u00e2nio possui menor energia m\u00e9dia necess\u00e1ria para criar um par de el\u00e9trons-orif\u00edcios, que \u00e9 3,6 eV para sil\u00edcio e 2,9 eV para germ\u00e2nio.\u00a0Isso tamb\u00e9m fornece ao \u00faltimo uma melhor resolu\u00e7\u00e3o em energia.\u00a0Um semicondutor de germ\u00e2nio grande, limpo e quase perfeito \u00e9 ideal como um contador para a radioatividade.\u00a0No entanto, \u00e9 dif\u00edcil e caro produzir cristais grandes com pureza suficiente.\u00a0Enquanto os detectores \u00e0 base de sil\u00edcio n\u00e3o podem ser mais grossos do que alguns mil\u00edmetros, o germ\u00e2nio pode ter uma espessura sens\u00edvel e esgotada de cent\u00edmetros e, portanto, pode ser usado como um\u00a0<strong>detector de absor\u00e7\u00e3o total<\/strong>\u00a0para raios gama de at\u00e9 poucos MeV.<\/p>\n<p>Por outro lado, para obter a m\u00e1xima efici\u00eancia, os detectores devem operar a temperaturas muito baixas de nitrog\u00eanio l\u00edquido (-196 \u00b0 C), porque, \u00e0 temperatura ambiente, o ru\u00eddo causado pela excita\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica \u00e9 muito alto.<\/p>\n<p>Como os detectores de germ\u00e2nio produzem a mais alta resolu\u00e7\u00e3o comumente dispon\u00edvel atualmente, eles s\u00e3o usados \u200b\u200bpara medir radia\u00e7\u00e3o em diversas aplica\u00e7\u00f5es, incluindo monitoramento pessoal e ambiental de contamina\u00e7\u00e3o radioativa, aplica\u00e7\u00f5es m\u00e9dicas, ensaio radiom\u00e9trico, seguran\u00e7a nuclear e seguran\u00e7a de usinas nucleares.<\/p>\n<h2>Detector de germ\u00e2nio &#8211; princ\u00edpio de opera\u00e7\u00e3o<\/h2>\n<p>A opera\u00e7\u00e3o dos detectores de semicondutores \u00e9 resumida nos seguintes pontos:<\/p>\n<ul>\n<li><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power\/reactor-physics\/atomic-nuclear-physics\/radiation\/ionizing-radiation\/\">A radia\u00e7\u00e3o ionizante<\/a>\u00a0entra no volume sens\u00edvel (\u00a0<strong>cristal de germ\u00e2nio<\/strong>\u00a0) do detector e interage com o material semicondutor.<\/li>\n<li>O f\u00f3ton de alta energia que passa pelo detector ioniza os \u00e1tomos do semicondutor, produzindo os\u00a0<a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/what-are-semiconductors-properties-of-semiconductors\/electron-hole-pair\/\">pares el\u00e9tron-buraco<\/a>\u00a0.\u00a0O n\u00famero de pares el\u00e9tron-buraco \u00e9 proporcional \u00e0 energia da radia\u00e7\u00e3o para o semicondutor.\u00a0Como resultado, um n\u00famero de el\u00e9trons \u00e9 transferido da banda de val\u00eancia para a banda de condu\u00e7\u00e3o e um n\u00famero igual de orif\u00edcios \u00e9 criado na banda de val\u00eancia.<\/li>\n<li>Como o germ\u00e2nio pode ter uma espessura sens\u00edvel e esgotada de cent\u00edmetros, eles s\u00e3o capazes de\u00a0<strong>absorver totalmente os f\u00f3tons de alta energia<\/strong>\u00a0\u00a0(at\u00e9 alguns MeV).<\/li>\n<li>Sob a influ\u00eancia de um campo el\u00e9trico, el\u00e9trons e buracos viajam para os eletrodos, onde resultam em um pulso que pode ser medido em um circuito externo.<\/li>\n<li>Esse pulso carrega informa\u00e7\u00f5es sobre a energia da radia\u00e7\u00e3o incidente original.\u00a0O n\u00famero desses pulsos por unidade de tempo tamb\u00e9m fornece informa\u00e7\u00f5es sobre a intensidade da radia\u00e7\u00e3o.<\/li>\n<\/ul>\n<p><span>Em todos os casos, um f\u00f3ton deposita uma parte de sua energia ao longo do caminho e pode ser absorvido totalmente.\u00a0A absor\u00e7\u00e3o total de um f\u00f3ton de 1 MeV produz cerca de 3 x 10\u00a0<\/span><sup><span>5<\/span><\/sup><span>\u00a0pares de furos de el\u00e9trons.\u00a0Este valor \u00e9 menor em compara\u00e7\u00e3o com o n\u00famero total de portadores livres em de 1 cm\u00a0<\/span><sup><span>3\u00a0<\/span><\/sup><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/types-of-semiconductors\/intrinsic-semiconductor-pure-semiconductor\/\"><span>semicondutor intr\u00ednseco<\/span><\/a><span>\u00a0.\u00a0As part\u00edculas que passam pelo detector ionizam os \u00e1tomos do semicondutor, produzindo os pares el\u00e9tron-buraco.\u00a0Mas em detectores \u00e0 base de germ\u00e2nio \u00e0 temperatura ambiente,\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/what-are-semiconductors-properties-of-semiconductors\/optical-and-thermal-excitation\/\"><strong><span>a excita\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica<\/span><\/strong><\/a><span>\u00a0\u00e9 dominante.\u00a0\u00c9 causada por impurezas, irregularidade na estrutura ou\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/semiconductor-detectors\/types-of-semiconductors\/what-is-dopant-in-semiconductors\/\"><span>dopante<\/span><\/a><span>\u00a0.\u00a0Depende fortemente da\u00a0<sub>diferen\u00e7a<\/sub>\u00a0E<\/span><span>(uma dist\u00e2ncia entre a val\u00eancia e a banda de condu\u00e7\u00e3o), que \u00e9 muito baixa para o germ\u00e2nio (Egap = 0,67 eV).\u00a0Como a excita\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica resulta no ru\u00eddo do detector, \u00e9 necess\u00e1rio um resfriamento ativo para alguns tipos de semicondutores (por exemplo, germ\u00e2nio).<\/span><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/germanium-semiconductor-energy-gap.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"alignright size-medium wp-image-26568 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/germanium-semiconductor-energy-gap-300x207.png\" alt=\"Germ\u00e2nio - semicondutor\" width=\"300\" height=\"207\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/germanium-semiconductor-energy-gap-300x207.png\" \/><\/a><span>Observe que uma\u00a0amostra de\u00a01 cm\u00a0<\/span><sup><span>3<\/span><\/sup><span>\u00a0de germ\u00e2nio puro a 20 \u00b0 C cont\u00e9m cerca de 4,2 \u00d7 10\u00a0<\/span><sup><span>22<\/span><\/sup><span>\u00a0\u00e1tomos, mas tamb\u00e9m cont\u00e9m cerca de 2,5 x 10\u00a0<\/span><sup><span>13<\/span><\/sup><span>\u00a0el\u00e9trons livres e 2,5 x 10\u00a0<\/span><sup><span>13<\/span><\/sup><span>\u00a0orif\u00edcios gerados constantemente a partir da energia t\u00e9rmica.\u00a0Como pode ser visto, a rela\u00e7\u00e3o sinal-ru\u00eddo (S \/ N) seria m\u00ednima (comparar com 3 x 10\u00a0<\/span><sup><span>5<\/span><\/sup><span>\u00a0pares de electr\u00e3o-lacuna).\u00a0A adi\u00e7\u00e3o de 0,001% de ars\u00eanico (uma impureza) doa um extra de 10\u00a0<\/span><sup><span>17<\/span><\/sup><span>el\u00e9trons livres no mesmo volume e a condutividade el\u00e9trica \u00e9 aumentada em um fator de 10.000.\u00a0No material dopado, a rela\u00e7\u00e3o sinal \/ ru\u00eddo (S \/ N) seria ainda menor.\u00a0Como o germ\u00e2nio possui um intervalo de banda relativamente baixo, esses detectores devem ser resfriados para reduzir a gera\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica de portadores de carga (portanto, reverter a corrente de fuga) para um n\u00edvel aceit\u00e1vel.\u00a0Caso contr\u00e1rio, o ru\u00eddo induzido pela corrente de fuga destr\u00f3i a resolu\u00e7\u00e3o de energia do detector.<\/span><\/p>\n<h3><span>Jun\u00e7\u00e3o polarizada inversa<\/span><\/h3>\n<p><span>O detector de semicondutores opera muito melhor como detector de radia\u00e7\u00e3o se uma tens\u00e3o externa for aplicada atrav\u00e9s da jun\u00e7\u00e3o na\u00a0<\/span><strong><span>dire\u00e7\u00e3o inversa<\/span><\/strong><span>\u00a0.\u00a0A\u00a0<\/span><strong><span>regi\u00e3o de deple\u00e7\u00e3o<\/span><\/strong><span>\u00a0funcionar\u00e1 como um detector de radia\u00e7\u00e3o.\u00a0A melhoria pode ser alcan\u00e7ada pelo uso de uma tens\u00e3o de polariza\u00e7\u00e3o reversa na\u00a0<\/span><strong><span>jun\u00e7\u00e3o PN<\/span><\/strong><span>esgotar o detector de portadores livres, que \u00e9 o princ\u00edpio da maioria dos detectores de semicondutores.\u00a0A polariza\u00e7\u00e3o reversa de uma jun\u00e7\u00e3o aumenta a espessura da regi\u00e3o de deple\u00e7\u00e3o porque a diferen\u00e7a de potencial entre a jun\u00e7\u00e3o \u00e9 aprimorada.\u00a0Os detectores de germ\u00e2nio possuem uma estrutura de pinos na qual a regi\u00e3o intr\u00ednseca (i) \u00e9 sens\u00edvel \u00e0 radia\u00e7\u00e3o ionizante, particularmente os raios X e raios gama.\u00a0Sob polariza\u00e7\u00e3o reversa, um campo el\u00e9trico se estende pela regi\u00e3o intr\u00ednseca ou esgotada.\u00a0Nesse caso, a tens\u00e3o negativa \u00e9 aplicada no lado p e positiva no segundo.\u00a0Os furos na regi\u00e3o p s\u00e3o atra\u00eddos da jun\u00e7\u00e3o em dire\u00e7\u00e3o ao contato p e da mesma forma para os el\u00e9trons e o contato n.\u00a0Essa carga, que \u00e9 proporcional \u00e0 energia depositada no detector pelo f\u00f3ton recebido,<\/span><\/p>\n<p><span>Veja tamb\u00e9m: Detectores de germ\u00e2nio, MIRION Technologies.\u00a0&lt;dispon\u00edvel em: https:\/\/www.mirion.com\/products\/germanium-detectors&gt;.<\/span><\/p>\n<h3><span>Aplica\u00e7\u00e3o de detectores de germ\u00e2nio &#8211; espectroscopia gama<\/span><\/h3>\n<p><span>Como foi escrito, o estudo e a an\u00e1lise de espectros de raios gama para uso cient\u00edfico e t\u00e9cnico s\u00e3o chamados espectroscopia gama, e os espectr\u00f4metros de raios gama s\u00e3o os instrumentos que observam e coletam esses dados.\u00a0Um espectr\u00f4metro de raios gama (GRS) \u00e9 um dispositivo sofisticado para medir a distribui\u00e7\u00e3o de energia da radia\u00e7\u00e3o gama.\u00a0Para a medi\u00e7\u00e3o de raios gama acima de v\u00e1rias centenas de keV, existem duas categorias de detectores de grande import\u00e2ncia:\u00a0\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/scintillation-counter-scintillation-detector\/naitl-scintillators\/\"><strong><span>cintiladores inorg\u00e2nicos como NaI (Tl)<\/span><\/strong><\/a><span>\u00a0\u00a0e\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>detectores semicondutores<\/span><\/strong><span>.\u00a0Nos artigos anteriores, descrevemos a espectroscopia gama usando um detector de cintila\u00e7\u00e3o, que consiste em um cristal cintilador adequado, um tubo fotomultiplicador e um circuito para medir a altura dos pulsos produzidos pelo fotomultiplicador.\u00a0As vantagens de um contador de cintila\u00e7\u00e3o s\u00e3o sua efici\u00eancia (tamanho grande e alta densidade) e as altas taxas de precis\u00e3o e contagem poss\u00edveis.\u00a0Devido ao alto n\u00famero at\u00f4mico de iodo, um grande n\u00famero de todas as intera\u00e7\u00f5es resultar\u00e1 na absor\u00e7\u00e3o completa da energia dos raios gama, de modo que a fra\u00e7\u00e3o fotogr\u00e1fica ser\u00e1 alta.<\/span><\/p>\n<figure id=\"attachment_26113\" class=\"wp-caption alignright\" aria-describedby=\"caption-attachment-26113\"><a href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-spectrum.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"wp-image-26113 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-spectrum.png\" alt=\"Espectro do detector HPGe\" width=\"331\" height=\"276\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/wp-content\/uploads\/2019\/12\/HPGe-Detector-spectrum.png\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-26113\" class=\"wp-caption-text\"><span>Figura: Legenda: Compara\u00e7\u00e3o dos espectros de NaI (Tl) e HPGe para o cobalto-60.\u00a0Fonte: Radiois\u00f3topos e metodologia de radia\u00e7\u00e3o I, II.\u00a0Soo Hyun Byun, notas de aula.\u00a0Universidade McMaster, Canad\u00e1.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n<p><span>Mas, se\u00a0\u00a0for necess\u00e1ria\u00a0uma\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>resolu\u00e7\u00e3o perfeita de energia<\/span><\/strong><span>\u00a0, precisamos usar\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>um detector \u00e0 base de germ\u00e2nio<\/span><\/strong><span>\u00a0, como o\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>detector HPGe<\/span><\/strong><span>\u00a0.\u00a0Os detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio s\u00e3o mais comumente usados \u200b\u200bonde \u00e9 necess\u00e1ria uma resolu\u00e7\u00e3o de energia muito boa, especialmente para\u00a0\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-engineering\/radiation-detection\/gamma-spectroscopy\/\"><strong><span>espectroscopia gama<\/span><\/strong><\/a><span>\u00a0, bem como\u00a0\u00a0<\/span><strong><span>espectroscopia de raios-x<\/span><\/strong><span>.\u00a0Na espectroscopia gama, o germ\u00e2nio \u00e9 preferido devido ao seu n\u00famero at\u00f4mico ser muito maior que o sil\u00edcio e aumentar a probabilidade de intera\u00e7\u00e3o com raios gama.\u00a0Al\u00e9m disso, o germ\u00e2nio possui menor energia m\u00e9dia necess\u00e1ria para criar um par de el\u00e9trons-orif\u00edcios, que \u00e9 3,6 eV para sil\u00edcio e 2,9 eV para germ\u00e2nio.\u00a0Isso tamb\u00e9m fornece ao \u00faltimo uma melhor resolu\u00e7\u00e3o em energia.\u00a0O FWHM (largura total na metade do m\u00e1ximo) para detectores de germ\u00e2nio \u00e9 uma fun\u00e7\u00e3o da energia.\u00a0Para um f\u00f3ton de 1,3 MeV, o FWHM \u00e9 de 2,1 keV, o que \u00e9 muito baixo.<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<p>&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;.<\/p>\n<p>Este artigo \u00e9 baseado na tradu\u00e7\u00e3o autom\u00e1tica do artigo original em ingl\u00eas. 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Obrigado.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Os detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio s\u00e3o mais comumente usados \u200b\u200bonde \u00e9 necess\u00e1ria uma resolu\u00e7\u00e3o de energia muito boa, especialmente para espectroscopia gama, bem como espectroscopia de raios-x.\u00a0Dosimetria de Radia\u00e7\u00e3o Detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio Detector HPGe com criostato LN2 Fonte: canberra.com Os detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio\u00a0s\u00e3o mais &#8230; <a title=\"O que \u00e9 um detector de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio &#8211; Defini\u00e7\u00e3o\" class=\"read-more\" href=\"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/pt-br\/o-que-e-um-detector-de-semicondutores-a-base-de-germanio-definicao\/\" aria-label=\"More on O que \u00e9 um detector de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio &#8211; Defini\u00e7\u00e3o\">Ler mais<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[51],"tags":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v15.4 - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>O que \u00e9 um detector de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio - Defini\u00e7\u00e3o<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Os detectores de semicondutores \u00e0 base de germ\u00e2nio s\u00e3o mais comumente usados onde \u00e9 necess\u00e1ria uma resolu\u00e7\u00e3o de energia muito boa, especialmente para espectroscopia gama, bem como espectroscopia de raios-x. 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