반도체와 역방향 바이어스된 P-N 접합
반도체는 무기 또는 유기 재료로, 화학 구조, 온도, 조명 및 도핑 물질의 존재에 따라 그들의 전도성을 제어할 수 있습니다. 반도체라는 이름은 이 재료들이 구리나 금과 같은 금속과 유리와 같은 절연체 사이의 전기 전도성을 가지고 있기 때문에 붙여졌습니다. 이들은 4eV 미만(약 1eV)의 에너지 간격을 가지고 있습니다. 고체 물리학에서, 이 에너지 간격 또는 밴드 갭은 전자 상태가 금지된 곳으로, 전자가 밸런스 밴드에서 전도 밴드까지 이동하려면 에너지를 획득해야 합니다.
외부 반도체
외부 반도체는 전자기적 특성을 변경하기 위해 고의적으로 불순물로 도핑된 불순한 반도체입니다. 외부 반도체는 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다.
p형 반도체
p형 반도체에서는 붕소와 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이러한 불순물은 반도체 재료보다 적은 원자가 전자를 가지고 있어, 밸런스 밴드에서 “홀”(전자의 부재)이 생성됩니다. 이 홀들은 양전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어, 이 재료에 p형이라는 명칭이 부여됩니다.
n형 반도체
n형 반도체에서는 인과 같은 불순물 원자가 반도체 재료에 도입됩니다. 이러한 불순물은 반도체 재료보다 많은 원자가 전자를 가지고 있어, 전도 밴드에 과잉 전자가 생성됩니다. 이 과잉 전자들은 음전하 운반체처럼 전류를 전도할 수 있어, 이 재료에 n형이라는 명칭이 부여됩니다.
역방향 바이어스된 P-N 접합
반도체 검출기는 접합에 역방향 바이어스 전압이 적용될 때 방사선 검출기로 훨씬 더 잘 작동합니다. 공핍 영역은 방사선 검출기로 기능합니다. P-N 접합에 역방향 바이어스 전압을 사용하여 검출기에서 자유 캐리어를 고갈시키는 것은 대부분의 반도체 검출기의 원리입니다.
역방향 바이어스를 통해 접합의 공핍 영역의 두께가 증가합니다. 이는 접합 전체에 걸쳐 전위차가 향상되기 때문입니다. 게르마늄 검출기는 방사선, 특히 X선과 감마선에 민감한 내재적(i) 영역을 가진 p-i-n 구조를 가집니다. 역방향 바이어스 하에서, 전기장은 내재적 또는 공핍된 영역 전체에 걸쳐 확장됩니다. 이 경우, p측에는 음의 전압이, n측에는 양의 전압이 적용됩니다. P 영역의 홀은 접합에서 P 접점 쪽으로 끌려 가고, n 영역의 전자도 마찬가지입니다. 입사하는 광자에 의해 검출기에 증착된 에너지에 비례하여, 이 충전은 통합된 충전 감지형 전치증폭기에 의해 전압 펄스로 변환됩니다.
더 자세한 정보는 MIRION Technologies의 게르마늄 검출기를 참조하십시오.
