2.4 Festkörperdetektoren

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netischer Strahlung (Photonen mit für den Kristall charakteristischen Energien) emittiert oder sie
wird durch den ganzen Kristall in Form kollektiver Gitterschwingungen (Phononen) aufgenommen
und erhöht damit die thermische Energie des Kristalls. Elektronen und Defektelektronen treten also
immer paarweise auf und verhalten sich formal nahezu identisch. Alle Aussagen zu Elektronen gel-
ten daher in formal gleicher Weise auch für die Elektronenlöcher.
2.4.1.1 Ideale und reale Kristalle
Ideale Kristalle bestehen aus periodischen Anordnungen ruhender Atome (Fig. 2.12a). Die Bindung
an einen Gitterplatz kann z. B. durch ionische Bindung (ionische Kristalle, Beispiel Kochsalz) oder
durch kovalente Bindung der Gitteratome (Beispiel Diamant) bewirkt werden. Ideale Kristalle sind
außerdem unendlich groß, d. h. sie haben keine Oberflächen. Dadurch hat jedes Atom an einem Git-
terplatz die gleiche Zahl von Nachbarn, die Periodizität wird nicht durch Oberflächen gestört. Reale
Kristalle dagegen sind endlich, sie haben also Oberflächen. Ihre Atome schwingen wegen der ther-
mischen Bewegung um ihre Ruhelagen. Die Schwingungsamplituden der Gitteratome erreichen
knapp unterhalb des Schmelzpunktes des Kristalls etwa 10% des Abstandes zum nächsten Gitter-
platz. Die elektrischen Potentiale um die Atome in einem Kristallgitter, die für die Entstehung der
Energiebänder verantwortlich sind, oszillieren etwa mit den gleichen Amplituden.
Die Periodizität des Kristalls kann in realen Kristallen außerdem durch Einbau fremder Atome an
Gitterplätze (Fig. 2.12b), durch Fehlbesetzungen von Gitterplätzen durch zwar zum Kristall gehöri-
ge, aber an der falschen Stelle eingebaute Atome (Fig. 2.12d), durch besetzte Zwischengitterplätze
(Fig. 2.12e), durch unbesetzte Gitterplätze (Fehlstellen, Fig. 2.12c) oder durch sonstige Unregel-
mässigkeiten im Gitteraufbau, z. B. Versatz von Kristallebenen (Fig. 2.12f), gestört werden. Diese
Kristallfehler, d. h. die Abweichungen von der idealen periodischen Kristallstruktur, sind von we-
sentlicher Bedeutung für die Speicherfähigkeit der Kristalle für Strahlungs- oder Anregungsenergie.
Die meisten Kristallfehlstellen sind mit Störungen der lokalen Ladungsneutralität verbunden, d. h.
sie sind durch Überschuß oder Mangel an Ladungsträgern gekennzeichnet. Bleibt der Kristall als
ganzer elektrisch neutral, so befinden sich die entsprechenden positiven oder negativen Überschuß-
ladungen in der Nachbarschaft der Störstellen. Durch Kristallfehlstellen entstehen zusätzliche Ener-
gieniveaus in der verbotenen Zone zwischen Valenz- und Leitungsband (Fig. 2.13). Diese Zustände
sind in aller Regel ortsfest. Sofern diese Niveaus eine positive Überschußladung tragen, weil sie z.
B. durch den Einbau eines Atomions mit anderer Wertigkeit oder das Fehlen eines negativen Git-
teratoms entstanden sind, können sie frei bewegliche Elektronen einfangen, die vorher ins Lei-
tungsband angeregt wurden und in diesem wandern. Solche Kristallfehlstellen werden deshalb
Elektronenfallen (engl.: traps) genannt. Innerhalb der Traps können die eingefangenen Elektronen