2.4 Festkörperdetektoren

162 2 Strahlungsdetektoren
Fig. 2.11: Anordnung von Valenzband und Leitungsband in Kristallen (V: Valenzband, L: Leitungsband).
Beim Isolator ist der Bandabstand ca. 2-6 eV, beim Halbleiter etwa 0.2-2 eV. Beim
Metallgitter überlappen entweder V- und L-Band oder das L-Band ist nur zur Hälfte gefüllt.
In beiden Fällen sind Elektronen frei im Kristall beweglich.
Bei Kristallgittern aus Metallen ohne ungepaarte Elektronen ist das Valenzband ebenfalls vollstän-
dig gefüllt. Da Leitungsband und Valenzband aber teilweise energetisch übereinanderliegen, kön-
nen Elektronen im Valenzband ohne externe Energiezufuhr ins Leitungsband überwechseln und
sich dort frei bewegen (Fig. 2.11). Bei Metallen mit einem ungepaarten Elektron ist das letzte mit
Elektronen besetzte Energieband nur halb mit Elektronen besetzt. In beiden Fällen sind die Elektro-
nen also auch ohne Anregung frei beweglich. Die elektrischen Leitung bei solchen Bänderkonfigu-
rationen wird deshalb als metallische Leitung bezeichnet.
Wird ein Elektron durch Anregung aus dem Valenzband entfernt, so entsteht gleichzeitig immer
auch ein Elektronenloch, das wie eine lokalisierte positive Ladung wirkt. Elektronen und Elektro-
nenlöcher werden daher immer paarweise erzeugt. Man bezeichnet die Elektronenlöcher auch als
Defektelektronen. Durch Elektron-Loch-Erzeugung wird zwar das lokale Ladungsgleichgewicht
gestört; verläßt aber das Elektron bei der Anregung den Kristall nicht, bleibt dieser insgesamt elekt-
risch neutral. Für Elektronenlöcher existieren nach dem Bändermodell ebenfalls erlaubte und verbo-
tene Energiebereiche, die Defektelektronenbänder. Durch Übergang von Elektronen zu Atomen auf
den benachbarten Gitterplätzen können die positiv geladenen Elektronenfehlstellen innerhalb dieser
Bänder ähnlich wie die negativen Elektronen im Kristall wandern. Die durch sie verursachte elekt-
rische Leitung wird als Löcherleitung bezeichnet.
Treffen die im Leitungsband beweglichen Elektronen auf ein Elektronenloch im Valenzband, so
können sie sich mit diesem vereinigen (rekombinieren); sie nehmen wieder einen Platz im Valenz-
band ein. Die bei der Rekombination freiwerdende Energiedifferenz wird in Form von elektromag-