Der P-N-Übergang – Sperrverzerrter Übergang
In der Welt der Halbleiter sind sowohl anorganische als auch organische Materialien von Bedeutung, die ihre Leitfähigkeit abhängig von ihrer chemischen Struktur, Temperatur, Beleuchtung und der Anwesenheit von Dotierstoffen steuern können. Der Name Halbleiter leitet sich aus der Tatsache ab, dass diese Materialien eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die zwischen der eines Metalls, wie Kupfer oder Gold, und eines Isolators, wie Glas, liegt. Sie haben eine Energielücke von weniger als 4eV (ungefähr 1eV). In der Festkörperphysik ist diese Energielücke oder Bandlücke ein Energiebereich zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband, in dem Elektronenzustände verboten sind.
Extrinsische Halbleiter
Extrinsische Halbleiter sind unreine Halbleiter, die absichtlich mit Verunreinigungen (Dotierstoffen) versehen werden, um ihre elektronischen Eigenschaften zu ändern. Man unterscheidet zwei Arten von extrinsischen Halbleitern:
- P-Typ-Halbleiter: Bei P-Typ-Halbleitern werden Verunreinigungsatome wie Bor in das Halbleitermaterial eingeführt. Diese Verunreinigungen haben weniger Valenzelektronen als das Halbleitermaterial, was zur Bildung von „Löchern“ (Abwesenheit von Elektronen) im Valenzband führt. Diese Löcher können wie positive Ladungsträger Strom leiten, was dem Material seine P-Typ-Bezeichnung verleiht.
- N-Typ-Halbleiter: Bei N-Typ-Halbleitern werden Verunreinigungsatome wie Phosphor in das Halbleitermaterial eingeführt. Diese Verunreinigungen haben mehr Valenzelektronen als das Halbleitermaterial, was zu einem Überschuss an Elektronen im Leitungsband führt. Diese überschüssigen Elektronen können wie negative Ladungsträger Strom leiten, was dem Material seine N-Typ-Bezeichnung verleiht.
Der P-N-Übergang – Sperrverzerrter Übergang
Der Halbleiterdetektor funktioniert als Strahlungsdetektor wesentlich besser, wenn eine externe Spannung in sperrverzerrter Richtung über den Übergang angelegt wird. Die Verarmungsregion fungiert dabei als Strahlungsdetektor. Verbesserungen können erzielt werden, indem eine sperrverzerrte Spannung an den P-N-Übergang angelegt wird, um den Detektor von freien Trägern zu entleeren, was das Prinzip der meisten Halbleiterdetektoren ist. Durch die Sperrverzerrung eines Übergangs wird die Dicke der Verarmungsregion erhöht, da die Potentialdifferenz über den Übergang verstärkt wird.
Germaniumdetektoren weisen eine p-i-n-Struktur auf, in der die intrinsische (i) Region empfindlich auf ionisierende Strahlung, insbesondere auf Röntgen- und Gammastrahlen, reagiert. Unter Sperrverzerrung erstreckt sich ein elektrisches Feld über die intrinsische oder verarmte Region. In diesem Fall wird eine negative Spannung an die P-Seite und eine positive an die N-Seite angelegt. Löcher in der P-Region werden vom Übergang in Richtung des P-Kontakts und ähnlich für Elektronen und den N-Kontakt angezogen. Entsprechend der in den Detektor durch das eintreffende Photon deponierten Energie wird diese Ladung durch einen integralen ladungsempfindlichen Vorverstärker in einen Spannungsimpuls umgewandelt.
Siehe auch: Germaniumdetektoren, MIRION Technologies
