2.4 Festkörperdetektoren

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oft aus Löchertraps, also eigentlich verbotenen Lochzuständen in der Bandlücke, die durch vorheri-
ges Einfangen von Defektelektronen angeregt (aktiviert) wurden. Sie werden deshalb auch als Ak-
tivatorzentren bezeichnet. Werden Elektronen beim Rücksprung aus dem Leitungsband in solchen
Aktivatorzentren eingefangen, so werden diese deaktiviert. Sie senden dabei die überschüssige
Energie in Form sichtbaren Lichtes aus. Die Leuchtintensität solcher Substanzen hängt von der
Konzentration der Leuchtzentren und damit von der Dotierung mit den entsprechenden Fremdato-
men ab. Im wichtigsten Thermolumineszenzmaterial, dem LiF, spielen Mg 2+ -Ionen die Rolle der
Leuchtzentren.
2.4.1.2 Anregung von Festkörpern
Werden Festkörper ionisierender Strahlung ausgesetzt, so erzeugen die Strahlungsquanten (Pho-
tonen oder geladene Teilchen) entlang ihrer Bahn freie Elektronen im Leitungsband und zurück-
bleibende Löcher im Valenzband (Fig. 2.13b). Beide können sich unabhängig voneinander im Kris-
tall bewegen. Sie tragen deshalb zur Leitfähigkeit des Festkörpers bei. Direkte strahlende Übergän-
ge von Elektronen im Leitungsband in Löcher im Valenzband sind wegen der unterschiedlichen
Impulse der beweglichen Elektronen im Leitungsband und der Löcher eher unwahrscheinlich. Dif-
fundieren die Elektronen dagegen in die Nähe eines Aktivatorzentrums, so können sie dort einge-
fangen werden. Ihre dabei freiwerdende Energie wird dann entweder in Form von Licht abgestrahlt
oder strahlungslos auf den ganzen Kristall übertragen. Der Kristall übernimmt die Energiedifferenz
als kollektive Schwingungsenergie. Solche kollektiven Schwingungen werden als Phononen be-
zeichnet. Elektronen können auch in bisher nicht besetzte Elektronenfallen eingefangen werden.
Aus diesen Traps können sie erst durch weitere Energiezufuhr befreit werden.
Reicht die auf ein Valenzbandelektron beim Anregungsakt übertragene Energie nicht aus, um die-
ses ins Leitungsband anzuheben, so können Elektronen in realen Kristallen auch in Zustände knapp
unterhalb des Leitungsbandes angeregt werden. Elektron und zugehöriges Loch bleiben dann mit-
einander gekoppelt, so daß wegen der Ladungsneutralität keine elektrische Leitfähigkeit im Kristall
entsteht. Ein solcher fixierter Elektron-Loch-Zustand wird Exziton genannt. Exzitonenzustände
befinden sich in einem schmalen Energiebereich unmittelbar unterhalb des Leitungsbandes. Die
Exzitonen können wie freie Elektronen oder Löcher durch den Kristall diffundieren. Bei einer wei-
teren Energieaufnahme und Anregung eines Exzitons kann das Elektron in das Leitungsband ange-
hoben werden und sich dort entweder frei bewegen oder in einem Aktivatorzentrum rekombinieren.