2.4 Festkörperdetektoren

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nur von der Zahl der dem Kristall zugefügten Anregungen, also der insgesamt zugeführten Energie,
nicht aber von der Temperatur des Kristalls abhängig. Fluoreszenz findet vorwiegend bereits wäh-
rend der Anregung des Kristalls statt und hört kurz nach Beendigung der Aktivierung des Kristalls
durch äußere Energiezufuhr wieder auf.
Phosphoreszenz: Befinden sich durch Störstellen verursachte metastabile Zwischenniveaus
(Traps) in der verbotenen Zone (Fig. 2.13a,c), so können Elektronen nach der Anregung in das Lei-
tungsband in diesen Traps ohne Rekombination mit Löchern im Valenzband eingefangen werden.
Ohne weitere Energiezufuhr können sie die Traps nicht mehr verlassen, da direkte Rekombinatio-
nen von Trapelektronen mit Löchern im Valenzband nicht möglich sind. Wird dem Kristall erneut
Energie zugeführt, z. B. als Wärmeenergie wie bei den Thermolumineszenzdetektoren, so können
die Elektronen von den Traps zurück in das Leitungsband gelangen. Von dort aus können sie wie
bei der Fluoreszenz prompt mit den Lochzuständen im Kristall rekombinieren. Zum Teil werden sie
auch wieder in Elektronenfallen eingefangen. Die Lumineszenzrate (Zahl der Übergänge pro Zeit-
einheit) aus den langlebigen Zwischenniveaus zurück ins Leitungsband mit anschließender
Lichtemission hängt bei einer gegebenen Trap-Tiefe (der energetischen Lage der Traps in der
Bandlücke) nur von der Temperatur und der Zahl der vorher eingefangenen Elektronen ab. Die In-
tensität des Lumineszenzlichtes nimmt wegen der kontinuierlichen Entvölkerung der Traps mit der
Zeit ab, sie dauert solange an, bis alle Traps geleert sind. Die Übergangsrate und damit die Lichtin-
tensität ist um so größer, je höher die Temperatur ist, da bei höheren Temperaturen die Traps
schneller geleert werden können. Je weiter die Traps vom Leitungsband entfernt sind, um so höher
müssen die Temperaturen sein, um die Lumineszenz auszulösen. Die Lebensdauern phosporeszie-
render Kristallzustände erstrecken sich von 10 -8 s bis zu vielen Jahren.
2.4.1.3 Halbleiter
Halbleiter sind Festkörpersubstanzen, bei denen der Energieaufwand zur Erzeugung freier Ladungs-
träger wegen des kleinen Abstandes von Valenzband und Leitungsband (0.2 - 2 eV) so gering ist,
daß schon durch Erwärmung einige Elektronen das Valenzband verlassen und sich im Leitungsband
aufhalten können. Der reine Halbleiter hat dadurch schon bei Zimmertemperatur eine mehr oder
weniger ausgeprägte Eigenleitfähigkeit. Da die durch Wärmezufuhr auf den Kristall übertragene
Energie mit der Temperatur zunimmt, wächst die elektrische Leitfähigkeit von Halbleiterkristallen
deutlich mit der Temperatur an. Bei abnehmenden Temperaturen verhalten sich Halbleiter dagegen
zunehmend wie Isolatoren. Die Bandlücke beträgt bei Zimmertemperatur 1.12 eV bei Silizium und
0.67 eV bei Germanium.