Bildgebung mit DEPFET - Prof. Dr. Norbert Wermes - Universität Bonn

14 KAPITEL 1. PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN DES DEPFET-DETEKTORSWird ein Atom im Gitter eines Siliziumkristalls durch ein Atom der III. Hauptgruppe ersetzt,so entsteht eine Fehlstelle, welche durch die Valenzelektronen des Halbleiters besetztwerden kann und daher ein zusätzliches Loch im Valenzband erzeugt. Die Dotierungsatomewerden in diesem Fall Akzeptoren genannt und der Halbleiter wird als p-dotiertbezeichnet. Wird der Halbleiter hingegen mit Atomen der V. Hauptgruppe (sog. ”Donatoren”)dotiert, so kann das zusätzliche Elektron leicht ins Leitungsband übergehenund stellt ein weiteres freies Elektron dar. In diesem Fall wird von einer n-Dotierunggesprochen. Typische Dotierungskonzentrationen liegen zwischen 10 15 und 10 19 Atomenpro cm 3 , wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit um mehrere Größenordnungen ändernlässt.In Tabelle 1.1 ist eine Übersicht über einige physikalische Eigenschaften von wichtigenHalbleitern gegeben. Außer den Elementen der IV. Hauptgruppe werden auch Verbundmaterialiender III. und der V. Hauptgruppe (z.B. GaAs) oder der II. und der VI. Hauptgruppe(z.B. CdTe) zu den Halbleitern gezählt.Materialkonstante Si Ge GaAs CVD 6 -DiamantKristallstruktur Diamant Diamant Zinkblende DiamantKernladungszahl 14 32 31/33 6Atomgewicht 28.09 72.59 72.32 12.01Dichte ρ [g/cm 3 ] 2.33 5.32 5.32 3.52Dielektrizitätszahl ɛ r 11.9 16.2 12.9 5.7Bandlücke [eV] 1.12 0.66 1.42 5.47int. Ladungsträgerdichte n i [cm −3 ] 1.45 · 10 10 2.40 · 10 13 2.1 · 10 6 < 10 3Elektronenmobilität µ e [cm 2 /Vs] 1500 3900 8500 1800Löchermobilität µ h [cm 2 /Vs] 450 1900 400 1200mitt. Energie w pro e–h Paar [eV] 3.63 2.96 4.35 13.10Tabelle 1.1: Physikalische Eigenschaften einiger Halbleitermaterialien bei Raumtemperatur[Ali80, Sze85, Lut99].1.2.2 Der pn-ÜbergangWenn in einem Halbleiterkristall eine n- und eine p-dotierte Zone in Kontakt gebrachtwerden, so besitzt der entstehende pn-Übergang eine gleichrichtende Funktion. Je nachPolarität der von außen angelegten Spannung kann ein Stromfluß stattfinden oder wirdverhindert, weshalb der Übergang auch pn-Diode genannt wird.6 Chemical Vapour Deposition