Was ist halbleiterdetektor?

Halbleiterdetektoren

Halbleiterdetektoren sind Festkörperdetektoren, die auf der Basis von Halbleitermaterialien wie Silizium (Si) oder Germanium (Ge) arbeiten. Sie werden hauptsächlich für den Nachweis von ionisierender Strahlung, wie z. B. Gamma-, Röntgen-, Beta- und Alphastrahlung, sowie von geladenen Teilchen eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Detektortypen bieten sie eine hohe Energieauflösung, schnelle Ansprechzeiten und eine kompakte Bauweise.

Funktionsprinzip:

Das Funktionsprinzip beruht auf der Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren innerhalb des Halbleitermaterials durch die einfallende Strahlung. Ein angelegtes elektrisches Feld treibt diese Ladungsträger zu den entsprechenden Elektroden, wodurch ein messbarer Stromimpuls entsteht. Die Größe des Impulses ist proportional zur Energie der einfallenden Strahlung. Die Details des Funktionsprinzip und die Materialien finden Sie unter: Halbleitermaterialien.

Typen von Halbleiterdetektoren:

pn-Sperrschichtdetektoren: Bestehen aus einer pn-Übergangszone, die durch Dotierung des Halbleitermaterials mit Akzeptor- und Donatoratomen entsteht. Die Raumladungszone, die sich an der pn-Übergangszone bildet, dient als empfindliches Volumen.
Si(Li)-Detektoren: Silizium-Detektoren, die mit Lithium (Li) dotiert sind, um die Reinheit des Siliziums zu verbessern und die Raumladungszone zu vergrößern. Dies verbessert die Detektionseffizienz, insbesondere für hochenergetische Strahlung.
Ge(Li)-Detektoren: Germanium-Detektoren, die ebenfalls mit Lithium dotiert sind, um die Reinheit zu erhöhen. Aufgrund der höheren Ordnungszahl von Germanium im Vergleich zu Silizium weisen sie eine höhere Detektionseffizienz für Gammastrahlung auf.
HPGe-Detektoren: Hochreine Germanium-Detektoren (HPGe), die ohne Lithium-Dotierung hergestellt werden. Sie bieten eine noch bessere Energieauflösung als Ge(Li)-Detektoren und sind weit verbreitet in der Gamma-Spektrometrie.
Silizium-Drift-Detektoren (SDD): Eine Art von Halbleiterdetektor, bei dem die Ladungsträger zu einer kleinen Anode driften, was zu einer geringen Kapazität und schnellen Ansprechzeiten führt. Mehr über dieses Thema unter: Silizium-Drift-Detektoren

Anwendungen:

Halbleiterdetektoren finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, darunter:

Nukleare Physik und Kernspektrometrie: Messung von Kernstrahlung und Bestimmung der Energie und Art von Kernreaktionen.
Medizinische Bildgebung: Computertomographie (CT), Positronenemissionstomographie (PET) und Gammakameras.
Materialanalyse: Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) und andere Techniken zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von Materialien.
Sicherheitsanwendungen: Detektion von radioaktiven Materialien an Grenzübergängen und in der Gepäckkontrolle.
Umweltüberwachung: Messung der Radioaktivität in der Umwelt.