2.4 Festkörperdetektoren
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160 2 Strahlungsdetektoren<br />
übertragenen Energie, so kann das entsprechende Material als Strahlungsdetektor oder sogar als<br />
Dosimeter verwendet werden. Bei vielen Substanzen ist die Wechselwirkung mit einem ionisieren-<br />
den Strahlungsfeld mit prompter oder verzögerter Lichtemission verbunden. Die wichtigsten Ver-<br />
treter dieser Strahlungsdetektoren mit promptem Lichtnachweis sind die Szintillatoren (Kap.<br />
<strong>2.4</strong>.4), diejenigen mit verzögerter, induzierter Lichtemission verbundenen Substanzen die Thermo-<br />
lumineszenzdetektoren (Kap. <strong>2.4</strong>.5) und die Phosphatgläser (Kap. <strong>2.4</strong>.6).<br />
<strong>2.4</strong>.1 Das Bändermodell für Festkörper<br />
Kristalline Festkörper können entweder als Einkristalle, also als massive Kristallblöcke, oder als<br />
polykristalline Substanzen vorliegen. Die Vorgänge in beiden Erscheinungsformen dieser Festkör-<br />
per können mit Hilfe des im folgenden dargestellten Bändermodells verstanden werden (Fig. 2.10).<br />
In isolierten Atomen befinden sich die Hüllenelektronen in klar voneinander getrennten, scharfen<br />
Energieniveaus, deren energetische Lage charakteristisch für das jeweilige Atom ist. Anorganische<br />
Kristalle bestehen aus einer regelmäßigen, periodischen Anordnung vieler Atome, dem sogenannten<br />
Kristallgitter. Die Elektronen der inneren Schalen bleiben den einzelnen Atomen (Gitterplätzen)<br />
auch im Festkörper eindeutig zugeordnet. Die äußeren Elektronenniveaus werden dagegen durch<br />
die gegenseitige Wechselwirkung der Kristallatome energetisch so sehr verbreitert, daß man von<br />
Energiebändern spricht. Elektronen in diesen erlaubten Energiebändern sind einzelnen Gitterplätzen<br />
nicht mehr zuzuordnen, sie sind Elektronen "des ganzen Kristalls". Zwischen den Energiebändern<br />
befinden sich ähnlich wie zwischen den diskreten Zuständen im isolierten Atom energetisch verbo-<br />
tene Zonen, die sogenannten Bandlücken (engl.: gaps), in denen sich keine Elektronen aufhalten<br />
können. Das physikalische Modell, das auf diese Weise die Eigenschaften des Festkörpers be-<br />
schreibt, wird wegen der Bandstruktur der Energieniveaus anschaulich als Bändermodell der Fest-<br />
körper bezeichnet. Es gilt in strenger Form nur für reine, unendlich große, kristalline Festkörper,<br />
macht aber viele, wenn auch zum Teil nur qualitative Aussagen zum Verhalten realer Substanzen.<br />
Die äußersten Elektronen der Einzelatome, die Valenzelektronen, befinden sich im Festkörper in<br />
den Bändern mit den höchsten Energien. Das letzte vollständig gefüllte Energieband des Kristalls<br />
wird als Valenzband bezeichnet (Fig. 2.10c). Energetisch oberhalb dieses im Grundzustand in den<br />
meisten Festkörpern mit Elektronen voll besetzten Valenzbandes befindet sich ein weiteres Band<br />
möglicher energetischer Elektronen-Zustände. Elektronen, die durch Anregung in dieses Band ge-<br />
langen oder sich wie bei den einwertigen Metallen bereits im Grundzustand in diesem Band befin-<br />
den, können sich frei im Kristall bewegen. Der Kristall ist dann elektrisch leitend. Dieses Band wird<br />
deshalb als Leitungsband bezeichnet. Damit Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband