Techniklexikon

Halbleiterzähler

Halbleiterdetektoren, allgemein aus Halbleitern (Silicium, Germanium) bestehende Zähler zum Nachweis geladener Teilchen. Das Funktionsprinzip basiert auf den Eigenschaften des Übergangs von Halbleitern mit n-Leitung (Elektronenleitung) und p-Leitung (Lochleitung), erzeugt durch Einbringung von Donatoren bzw. Akzeptoren in reines Halbleitermaterial. Werden p- und n-dotiertes Material in Kontakt gebracht, entsteht durch Diffusion eine an beweglichen Ladungsträgern freie Zone, bis durch das so aufgebaute elektrische Feld E_pn weitere Diffusion verhindert wird. Der p-n-Übergang besitzt die elektrischen Eigenschaften einer Diode. Bei Verbindung des n-Bereiches mit der Anode und des p-Bereiches mit der Kathode (in Sperrichtung betriebene Diode) ergibt sich eine Vergrösserung der an freien Ladungsträgern verarmten (depletierten) Zone. Beim Durchgang eines ionisierenden Teilchens durch diese Sperrzone werden Ladungsträger erzeugt, Elektronen und Löcher, die sich auf die Anode bzw. Kathode zubewegen. Durch diesen kurzzeitigen Stromfluss kann der Durchgang des Teilchens durch den Detektor nachgewiesen werden, ganz analog zur Ionisationskammer, aber ohne innere Verstärkung. Vorteile dieser Detektoren sind die grössere Masse des empfindlichen Volumens, wodurch Teilchen höherer Energie noch nachgewiesen werden können, eine sehr gute Energieauflösung und geringen Sammel- bzw. Antwortzeiten des Detektors. Typische Anwendungen sind z.B. in Halbleiterdriftkammern, Ge(Li)- bzw. Si(Li)-Detektoren zu finden.

Halbleiterzähler 1: schematischer Aufbau; , : freie Ladungsträger; -, +: gebundene Ladungsträger.

Halbleiterzähler 2: Vergleich der Energieauflösung eines Ge(Li)-Halbleiterdetektors und eines NaI(Tl)-Szintillators anhand eines ⁶⁰Co-Spektrums.