2.4 Festkörperdetektoren
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174 2 Strahlungsdetektoren<br />
Fig. 2.17: Vorgänge im Leitfähigkeitsdetektor bei Strahlenexposition. (a): Elektron-Locherzeugung<br />
bei der Strahlenexposition eines reinen Isolatorkristalls. Entstehung eines kleinen Isolationsstromes<br />
I in Konkurrenz zur Rekombination R. (b): Bevorzugtes Auffüllen von Traps<br />
bei der Erstbestrahlung realer Kristalle. Mit zunehmender Besetzung der Traps allmählich<br />
ansteigende Lebensdauer der Leitungsbandelektronen mit simultanem Stromanstieg. (c):<br />
Erhöhung der Lebensdauer von Leitungsbandelektronen durch unterbundene Rekombination<br />
wegen vollbesetzter Traps. Alle durch Ionisation erzeugten Elektronen werden abtransportiert.<br />
Zusätzlich kommt es durch die hohe Lebensdauer der freien Elektronen zur<br />
Stromverstärkung. Der Strom durch den Kristall wird dadurch höher als die durch Bestrahlung<br />
erzeugte Rate an Leitungsbandelektronen.<br />
Reale Kristalle zeigen bei Erstbestrahlung tatsächlich zunächst nur einen geringfügig erhöhten "Iso-<br />
lationsstrom". Bei weiterer Strahlenexposition steigt der am Detektor durch Bestrahlung erzeugte<br />
und extern nachweisbare Strom deutlich an. Sind alle Traps besetzt, erhöht sich die Lebensdauer<br />
der Elektronen im Leitungsband so sehr, daß die Transferrate durch den Kristall zur externen Span-<br />
nungsquelle deutlich größer wird als die Rekombinationsrate. Solange die Traps im Kristall besetzt<br />
bleiben, können die Leitungsbandelektronen bis auf die selteneren Elektron-Loch-Rekombinationen<br />
weitgehend ungehindert das Leitungsband durchqueren.<br />
Wenn sie den Kristall auf der einen Seite des Detektors verlassen, treten an der entgegengesetzten<br />
Elektrode als Ersatz wieder Elektronen aus der Spannungsquelle in den Kristall ein. Solange die<br />
Rate der durch Bestrahlung primär erzeugten Ladungsträger im Leitungsband nicht kleiner wird als<br />
der in realen Kristallen immer verbleibende kleine Rekombinationsverlust, bleibt dieser Elektro-<br />
nenstrom bestehen. Der Stromfluß erreicht einen zur Dosisleistung proportionalen Sättigungswert,<br />
der die pro Zeiteinheit durch Ionisationen im Detektor erzeugte Ladung je nach Material und Dotie-<br />
rung des Festkörpers sogar um viele Zehnerpotenzen übertreffen kann. Diese Erscheinung wird als<br />
Leitfähigkeitsverstärkung des Detektors bezeichnet. Der Stromverstärkungsfaktor kann in man-<br />
chen Substanzen Werte von 10 3 bis 10 4 annehmen.
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