Münster ; 14.05.03Moderne Halbleiterdetektoren Grundlagen und Beispiele.

Münster ; 14.05.03 Moderne Halbleiterdetektoren

Moderne Halbleiterdetektoren

Grundlagen und Beispiele


Energiebänderstruktur von Halbleitern

Leiterband

Energielücke

ValenzbandElektronen sind an ihre Gitteratome gebunden

Elektronen sind hier nicht vorhanden ( verbotener Bereich )

Elektronen können sich frei bewegen


Leiterband Leiterband

Leiterband

Valenzband Valenzband

Valenz-

band

E 6eV~~gE 1eVg

~~


Ladungstransport in Halbleitern

Valenzelektron

Halbleiteratom

Freies Elektron

Loch


Rekombinations- und Einfangzentren

Leiterband

Valenzband

Rekombinations- oder Einfangzentren


Verunreinigungen im Kristallgitter

Mittlere Zeit in der sich Ladungsträger frei bewegen können wird reduziert

Registriertes Signal wird verfälscht


Dotierte Halbleiter

Reiner Halbleiter:

Zahl der Elektronen im Leiterband =

Zahl der Löcher im Valenzband

Dotierung:

Donator Einschluss

Überschusselektron


Dotierte Halbleiter

Donator LevelLeiterband

Valenzband Abstand Donator Level – Leiterband:

0,05 eV für Germanium

0,01 eV für Silizium

n – Type – Halbleiter


Leiterband

Valenzband

Dotierte Halbleiter

Akzeptor Einschluss

Überschussloch

Akzeptor Level

p – Type – Halbleiter


Donatoren:

Phosphor

Arsen

Antimon

Akzeptoren:

Bor

Gallium

Indium

die Dichte von Silizium und Germanium jedoch bei 10 Atomen/cm.22 3

Die Beimischung liegt bei etwa 10 Atomen/cm, 13 3


n p - Halbleiterverbindungen

n - Type p - Type



Ladungsträger-dichte

Elektrisches Feld



V 1V~~oKontaktpotenzial:


Die Entladungszone

(x) bekannt

Poisson-

Gleichung

dV(x)dx bekannt

V(x) und Vo


V = (N x² + N x² )oe D n A p

x , x bestimmbar n p

d = x + x n p

N , N : Donator- und AkzeptorkonzentrationenD A

x , x : Ladungsfreie Zone im n- bzw. p-Teiln p

~ 75µm


Kapazität

C = A

d

C

A

d

=


Äußere Spannung

d ohne äußere Spannung

d mit äußerer Spannung

Für V = 300 VB

d > 1mm


Grundaufbau einer Diode als Detektor


Linearitätw : zur Erzeugung von Elektronen – Loch – Paaren benötigte Energie

E : Energie des Strahlungsteilchens

E

wELP‘s werden erzeugt

n : ,,Sammeleffizienz“

Q = n kommen an den Elektroden an.E

w

C : Kapazität der Entladungszone

V = = nQ

CE

wC


Streifen und Pixeldetektoren


Streifendetektor


Driftdetektor

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