2.4 Festkörperdetektoren

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Kombination entgegengesetzt dotierter Halbleitermaterialien. Als Strahlungsdetektoren verwendet
man deshalb p-i-n-Kombinationen, also Halbleiterdioden mit einer ladungsträgerfreien intrinsischen
Zone. Diese intrinsischen Zonen oder Verarmungsschichten der Dioden wirken bei Bestrahlung
wie das Volumen einer Ionisationskammer. Das Volumen der Verarmungszone von p-i-n-
Übergängen ist durch die Höhe der Dotierung und die angelegte Sperrspannung zu steuern. Die
Zahl der durch Ionisation in der Intrinsic-Zone erzeugten Ladungen kann bei guter Dotierung des
Kristalls die durch Eigenleitung entstehenden, temperaturabhängigen Ströme um viele Größenord-
nungen übertreffen.
Fig. 2.16: Bauformen von Halbleiterdetektoren. (a) Oberflächen-Sperrschichtdetektor (p-n-Diode).
(b) Lithiumgedriftete Germaniumdetektoren (Ge(Li)s) mit p-i-n-Struktur in koaxialer
(links) und planarer (rechts) Ausführung.
Bauformen von Halbleiterdetektoren: Halbleiterdetektoren werden in verschiedenen Baufor-
men gefertigt. Eine spezielle Bauform sind die Oberflächensperrschichtzähler (Fig. 2.16a). Sie
bestehen aus einer großflächigen, n-leitenden Silizium-Trägerscheibe mit Flächen bis zu 5 cm 2 . Auf
der einen Seite befindet sich eine sehr dünne, p-leitende und mit einer Goldauflage von nur
40 µg/cm 2 bedampfte Schicht. Auf der Rückseite trägt die Siliziumscheibe als Kontaktierung einen
Aluminiumfilm. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung bildet sich im Innern der Diode die
raumladungsfreie, strahlungsempfindliche Zone. Deren Dicke ist von der angelegten Detektorspan-
nung abhängig und nimmt etwa mit der Wurzel der Spannung zu. Je dünner die Sperrschicht am
Eintrittsfenster des Detektors wird, um so weniger Energieverluste haben die in das intrinsische
Volumen eintretenden Strahlungsteilchen. Die geringe Schichtdicke moderner Oberflächensperr-
schichtzähler erlaubt sogar den Eintritt schwerer geladener Teilchen ohne merklichen Energiever-
lust. Oberflächensperrschichtzähler werden deshalb zur Teilchenspektroskopie benutzt.
Eine zweite, sehr aufwendige Bauform sind die lithiumgedrifteten Halbleiterdetektoren (Fig.
2.16b). Sie werden aus Germanium oder Silizium hergestellt und je nach Material salopp als