münster ; 14.05.03moderne halbleiterdetektoren grundlagen und beispiele
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Münster ; 14.05.03 Moderne Halbleiterdetektoren
Moderne Halbleiterdetektoren
Grundlagen und Beispiele
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Energiebänderstruktur von Halbleitern
Leiterband
Energielücke
ValenzbandElektronen sind an ihre Gitteratome gebunden
Elektronen sind hier nicht vorhanden ( verbotener Bereich )
Elektronen können sich frei bewegen
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Leiterband Leiterband
Leiterband
Valenzband Valenzband
Valenz-
band
E 6eV~~gE 1eVg
~~
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Ladungstransport in Halbleitern
Valenzelektron
Halbleiteratom
Freies Elektron
Loch
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Rekombinations- und Einfangzentren
Leiterband
Valenzband
Rekombinations- oder Einfangzentren
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Verunreinigungen im Kristallgitter
Mittlere Zeit in der sich Ladungsträger frei bewegen können wird reduziert
Registriertes Signal wird verfälscht
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Dotierte Halbleiter
Reiner Halbleiter:
Zahl der Elektronen im Leiterband =
Zahl der Löcher im Valenzband
Dotierung:
Donator Einschluss
Überschusselektron
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Dotierte Halbleiter
Donator LevelLeiterband
Valenzband Abstand Donator Level – Leiterband:
0,05 eV für Germanium
0,01 eV für Silizium
n – Type – Halbleiter
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Leiterband
Valenzband
Dotierte Halbleiter
Akzeptor Einschluss
Überschussloch
Akzeptor Level
p – Type – Halbleiter
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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
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n p - Halbleiterverbindungen
n - Type p - Type
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n p - Halbleiterverbindungen
Ladungsträger-dichte
Elektrisches Feld
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n p - Halbleiterverbindungen
V 1V~~oKontaktpotenzial:
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Die Entladungszone
(x) bekannt
Poisson-
Gleichung
dV(x)dx bekannt
V(x) und Vo
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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
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Kapazität
C = A
d
C
A
d
=
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Äußere Spannung
d ohne äußere Spannung
d mit äußerer Spannung
Für V = 300 VB
d > 1mm
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Grundaufbau einer Diode als Detektor
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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
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Streifen und Pixeldetektoren
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Streifendetektor
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Driftdetektor
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Driftdetektor
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