[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/2020\/11\/29\/halbleiterdetektor-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/2020\/11\/29\/halbleiterdetektor-wikipedia\/","headline":"Halbleiterdetektor – Wikipedia","name":"Halbleiterdetektor – Wikipedia","description":"before-content-x4 EIN Halbleiterdetektor Bei der Detektion ionisierender Strahlung ist die Physik ein Ger\u00e4t, das einen Halbleiter (normalerweise Silizium oder Germanium)","datePublished":"2020-11-29","dateModified":"2020-11-29","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/e\/e3\/A_Forward_Silicon_Vertex_Detector_%28FVTX%29_sensor_on_a_microscope.jpg\/220px-A_Forward_Silicon_Vertex_Detector_%28FVTX%29_sensor_on_a_microscope.jpg","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/e\/e3\/A_Forward_Silicon_Vertex_Detector_%28FVTX%29_sensor_on_a_microscope.jpg\/220px-A_Forward_Silicon_Vertex_Detector_%28FVTX%29_sensor_on_a_microscope.jpg","height":"165","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/2020\/11\/29\/halbleiterdetektor-wikipedia\/","wordCount":1910,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4EIN Halbleiterdetektor Bei der Detektion ionisierender Strahlung ist die Physik ein Ger\u00e4t, das einen Halbleiter (normalerweise Silizium oder Germanium) verwendet, um die Wirkung einfallender geladener Teilchen oder Photonen zu messen.  Halbleiterdetektoren finden breite Anwendung f\u00fcr Strahlenschutz, Gamma- und R\u00f6ntgenspektrometrie sowie als Partikeldetektoren.Table of ContentsErkennungsmechanismus[edit]Detektortypen[edit]Siliziumdetektoren[edit]Diamantdetektoren[edit]Germaniumdetektoren[edit]Cadmiumtellurid- und Cadmiumzinktellurid-Detektoren[edit]Automatisierte Erkennung[edit]Germaniumdetektoren[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Erkennungsmechanismus[edit]In Halbleiterdetektoren wird ionisierende Strahlung durch die Anzahl der Ladungstr\u00e4ger gemessen, die in dem zwischen zwei Elektroden angeordneten Detektormaterial durch die Strahlung freigesetzt werden.  Ionisierende Strahlung erzeugt freie Elektronen und L\u00f6cher.  Die Anzahl der Elektron-Loch-Paare ist proportional zur Energie der Strahlung zum Halbleiter.  Infolgedessen wird eine Anzahl von Elektronen vom Valenzband auf das Leitungsband \u00fcbertragen, und eine gleiche Anzahl von L\u00f6chern wird im Valenzband erzeugt.  Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes wandern Elektronen und L\u00f6cher zu den Elektroden, wo sie zu einem Impuls f\u00fchren, der in einem \u00e4u\u00dferen Stromkreis gemessen werden kann, wie im Shockley-Ramo-Theorem beschrieben.  Die L\u00f6cher bewegen sich in die entgegengesetzte Richtung und k\u00f6nnen auch gemessen werden.  Da die zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares erforderliche Energiemenge bekannt und unabh\u00e4ngig von der Energie der einfallenden Strahlung ist, kann durch Messen der Anzahl der Elektron-Loch-Paare die Intensit\u00e4t der einfallenden Strahlung bestimmt werden.[1]  Die zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren erforderliche Energie ist im Vergleich zu der zur Erzeugung gepaarter Ionen in einem Gasdetektor erforderlichen Energie sehr gering.  Folglich ist bei Halbleiterdetektoren die statistische Variation der Impulsh\u00f6he kleiner und die Energieaufl\u00f6sung h\u00f6her.  Da sich die Elektronen schnell bewegen, ist auch die Zeitaufl\u00f6sung sehr gut und h\u00e4ngt von der Anstiegszeit ab.[2]  Im Vergleich zu gasf\u00f6rmigen Ionisationsdetektoren ist die Dichte eines Halbleiterdetektors sehr hoch, und geladene Teilchen mit hoher Energie k\u00f6nnen ihre Energie in einem Halbleiter mit relativ kleinen Abmessungen abgeben.Detektortypen[edit]Siliziumdetektoren[edit]  Ein FVTX-Sensor (Forward Silicon Vertex Detector) des PHENIX-Detektors auf einem Mikroskop zeigt einen Abstand der Siliziumstreifen bei 75 Mikrometern.[3]Die meisten Siliziumpartikeldetektoren dotieren im Prinzip schmale (normalerweise etwa 100 Mikrometer breite) Siliziumstreifen, um sie in Dioden umzuwandeln, die dann in Sperrrichtung vorgespannt werden.  Wenn geladene Teilchen diese Streifen passieren, verursachen sie kleine Ionisationsstr\u00f6me, die erfasst und gemessen werden k\u00f6nnen.  Das Anordnen von Tausenden dieser Detektoren um einen Kollisionspunkt in einem Teilchenbeschleuniger kann ein genaues Bild davon liefern, welchen Weg Teilchen nehmen.  Siliziumdetektoren haben eine viel h\u00f6here Aufl\u00f6sung bei der Verfolgung geladener Teilchen als \u00e4ltere Technologien wie Wolkenkammern oder Drahtkammern.  Der Nachteil ist, dass Siliziumdetektoren viel teurer sind als diese \u00e4lteren Technologien und eine ausgekl\u00fcgelte K\u00fchlung erfordern, um Leckstr\u00f6me (Rauschquelle) zu reduzieren.  Sie werden im Laufe der Zeit auch durch Strahlung abgebaut, was jedoch dank des Lazarus-Effekts stark reduziert werden kann.Diamantdetektoren[edit]Diamantdetektoren haben viele \u00c4hnlichkeiten mit Siliziumdetektoren, es wird jedoch erwartet, dass sie signifikante Vorteile bieten, insbesondere eine hohe Strahlungsh\u00e4rte und sehr niedrige Driftstr\u00f6me.  Gegenw\u00e4rtig sind sie viel teurer und schwieriger herzustellen.  Germaniumdetektoren[edit]  Hochreiner Germaniumdetektor (getrennt von fl\u00fcssigem Stickstoffdewar)Germaniumdetektoren werden haupts\u00e4chlich f\u00fcr die Gammaspektroskopie in der Kernphysik sowie f\u00fcr die R\u00f6ntgenspektroskopie verwendet.  W\u00e4hrend Siliziumdetektoren nicht dicker als einige Millimeter sein k\u00f6nnen, kann Germanium eine abgereicherte, empfindliche Dicke von Zentimetern aufweisen und kann daher als Gesamtabsorptionsdetektor f\u00fcr Gammastrahlen bis zu wenigen MeV verwendet werden.  Diese Detektoren werden auch als hochreine Germaniumdetektoren (HPGe) oder hyperreine Germaniumdetektoren bezeichnet.  Bevor die gegenw\u00e4rtigen Reinigungstechniken verfeinert wurden, konnten Germaniumkristalle nicht mit einer Reinheit hergestellt werden, die ausreichte, um ihre Verwendung als Spektroskopiedetektoren zu erm\u00f6glichen.  Verunreinigungen in den Kristallen fangen Elektronen und L\u00f6cher ein und beeintr\u00e4chtigen die Leistung der Detektoren.  Folglich wurden Germaniumkristalle mit Lithiumionen (Ge (Li)) dotiert, um einen intrinsischen Bereich zu erzeugen, in dem die Elektronen und L\u00f6cher die Kontakte erreichen und ein Signal erzeugen k\u00f6nnten.Bei der Entwicklung der Germaniumdetektoren standen nur sehr kleine Kristalle zur Verf\u00fcgung.  Das Ergebnis war eine geringe Effizienz, und die Effizienz des Germaniumdetektors wird immer noch h\u00e4ufig in Bezug auf einen “Standard” -Szintillationsdetektor mit 3 “x 3” NaI (Tl) angegeben.  Die Kristallwachstumstechniken haben sich seitdem verbessert und erm\u00f6glichen die Herstellung von Detektoren, die so gro\u00df oder gr\u00f6\u00dfer als die allgemein erh\u00e4ltlichen NaI-Kristalle sind, obwohl solche Detektoren mehr als 100.000 \u20ac (113.000 $) kosten.Wie 2012[update]HPGe-Detektoren verwenden \u00fcblicherweise Lithiumdiffusion, um ein n herzustellen+ ohmscher Kontakt und Borimplantation zur Herstellung von ap+ Kontakt.  Koaxialdetektoren mit einem zentralen n+ Kontakt werden als Detektoren vom n-Typ bezeichnet, w\u00e4hrend Detektoren vom p-Typ ap haben+ zentraler Kontakt.  Die Dicke dieser Kontakte stellt eine tote Schicht um die Oberfl\u00e4che des Kristalls dar, innerhalb derer Energieabscheidungen nicht zu Detektorsignalen f\u00fchren.  Der zentrale Kontakt in diesen Detektoren ist dem Oberfl\u00e4chenkontakt entgegengesetzt, wodurch die Totschicht in Detektoren vom n-Typ kleiner als die Totschicht in Detektoren vom p-Typ ist.  Typische Totschichtdicken betragen mehrere hundert Mikrometer f\u00fcr eine Li-Diffusionsschicht und einige Zehntel Mikrometer f\u00fcr eine B-Implantationsschicht.Der Hauptnachteil von Germaniumdetektoren besteht darin, dass sie auf Temperaturen von fl\u00fcssigem Stickstoff abgek\u00fchlt werden m\u00fcssen, um spektroskopische Daten zu erzeugen.  Bei h\u00f6heren Temperaturen k\u00f6nnen die Elektronen leicht die Bandl\u00fccke im Kristall \u00fcberqueren und das Leitungsband erreichen, wo sie frei auf das elektrische Feld reagieren k\u00f6nnen, wodurch zu viel elektrisches Rauschen erzeugt wird, um als Spektrometer n\u00fctzlich zu sein.  Das Abk\u00fchlen auf die Temperatur von fl\u00fcssigem Stickstoff (77 K) reduziert die thermischen Anregungen von Valenzelektronen, so dass nur eine Gammastrahlenwechselwirkung einem Elektron die Energie geben kann, die erforderlich ist, um die Bandl\u00fccke zu \u00fcberwinden und das Leitungsband zu erreichen.  Das Abk\u00fchlen mit fl\u00fcssigem Stickstoff ist unpraktisch, da der Detektor Stunden ben\u00f6tigt, um auf Betriebstemperatur abzuk\u00fchlen, bevor er verwendet werden kann, und sich w\u00e4hrend des Gebrauchs nicht erw\u00e4rmen darf.  Ge (Li) -Kristalle konnten sich niemals erw\u00e4rmen, da das Lithium aus dem Kristall herausdriften und den Detektor ruinieren w\u00fcrde.  HPGe-Detektoren k\u00f6nnen sich bei Nichtgebrauch auf Raumtemperatur erw\u00e4rmen.Es wurden kommerzielle Systeme verf\u00fcgbar, die fortschrittliche K\u00e4ltetechniken (z. B. Pulsrohrk\u00fchlschrank) verwenden, um die Notwendigkeit einer K\u00fchlung mit fl\u00fcssigem Stickstoff zu beseitigen.Cadmiumtellurid- und Cadmiumzinktellurid-Detektoren[edit]Cadmiumtellurid (CdTe) – und Cadmiumzinktellurid (CZT) -Detektoren wurden f\u00fcr die Verwendung in der R\u00f6ntgenspektroskopie und Gammaspektroskopie entwickelt.  Aufgrund der hohen Dichte dieser Materialien k\u00f6nnen sie R\u00f6ntgen- und Gammastrahlen mit Energien von mehr als 20 keV, die herk\u00f6mmliche Sensoren auf Siliziumbasis nicht erfassen k\u00f6nnen, effektiv abschw\u00e4chen.  Die gro\u00dfe Bandl\u00fccke dieser Materialien bedeutet auch, dass sie einen hohen spezifischen Widerstand haben und im Gegensatz zu Sensoren auf Germaniumbasis bei oder nahe Raumtemperatur (~ 295 K) arbeiten k\u00f6nnen.  Mit diesen Detektormaterialien k\u00f6nnen Sensoren mit unterschiedlichen Elektrodenstrukturen f\u00fcr die Bildgebung und hochaufl\u00f6sende Spektroskopie hergestellt werden.  CZT-Detektoren sind jedoch im Allgemeinen nicht in der Lage, die Aufl\u00f6sung von Germaniumdetektoren zu erreichen, wobei ein Teil dieses Unterschieds auf einen schlechten positiven Ladungstr\u00e4gertransport zur Elektrode zur\u00fcckzuf\u00fchren ist.  Zu den Bem\u00fchungen, diesen Effekt abzuschw\u00e4chen, geh\u00f6rte die Entwicklung neuer Elektroden, um die Notwendigkeit zu beseitigen, beide Polarit\u00e4ten der Ladungstr\u00e4ger zu sammeln.[4][5]Automatisierte Erkennung[edit]Germaniumdetektoren[edit]  HPGe automatisiert mit einem kosteng\u00fcnstigen Open-Source-Autosampler.Die automatisierte Detektion f\u00fcr die Gammaspektroskopie in nat\u00fcrlichen Proben war traditionell teuer, da die Analyseger\u00e4te gegen Hintergrundstrahlung abgeschirmt werden m\u00fcssen.  K\u00fcrzlich wurde jedoch ein kosteng\u00fcnstiger Autosampler f\u00fcr diese Art von Analysen eingef\u00fchrt.[6]  Mit der Skriptsprache AutoIt kann es in verschiedene Instrumente verschiedener Hersteller integriert werden[7]  f\u00fcr das Microsoft Windows-Betriebssystem.Siehe auch[edit]Verweise[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki6\/2020\/11\/29\/halbleiterdetektor-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Halbleiterdetektor – Wikipedia"}}]}]