Praktikum Gamma-Spektroskopie - IRS - Leibniz Universität Hannover

Halbleiterdetektor aus Reinst-Germanium (High Purity Germanium HPG)
In einem Nichtleiter befinden sich die Elektronen normalerweise im Valenzband und werden
erst durch erhebliche Energiezufuhr in das Leitungsband gehoben (Schmelze). Bei einem
Metall ist das Leitungsband dauerhaft besetzt, so daß permanente Leitfähigkeit besteht.
Nichtmetall Metall Halbleiter Ge
Leitungsband
Bandlücke ca 3 eV
Energiezufuhr
Valenzband
Nicht leitfähig
dauernd leitfähig
leitfähig bei geringer
Energiezufuhr
Abb. 5
Energieschema der Elektronen in Festkörpern
Die Halbleitern ähneln eher den Nichtleitern mit einer schmalen Lücke zwischen den beiden
Energieniveaus (Bandlücke engl. bandgap). Daher reicht bereits eine geringe Energiezufuhr
zur Erzeugung von beweglichen Ladungsträgern (Elektron-Loch-Paare), wobei allein schon
die Zimmertemperatur ausreicht. (Abb 5)
Durch Kühlung des Kristalls mit flüssigem N2 auf etwa 77° K (-196°C) wird die spontane E-
L-Paar-Bildung minimiert. Das erfordert einige zusätzliche Maßnahmen wie Hochvakuum im
Detektorgehäuse. Bei der Herstellung des Kristalls muß zudem eine extrem hohe Reinheit des
Ge-Materials gewährleistet sein, denn Fremdatome verursachen Restladungsträger, die ein
unerwünschtes elektronisches Rauschen bewirken (HPG High Purity Germanim).
Wirkung der Photonenstrahlung im Halbleiterkristall
Im Falle eines eingestrahlten Photons entstehen die sog. E-L-Paare in der ladungsträgerfreien
Zone (intrinsic zone). Damit die E-L-Paare nicht sofort wieder rekombinieren, werden sie
über die Außenflächen (Dotierungen) quasi eingesammelt, indem dort eine Hochspannung
von bis zu 6 keV angelegt wird.
Die Beschaltung gleicht so der einer sog. PIN-Diode in Sperrichtung.(Pos. Intrinsisch Neg.)
.(Abb. 6)