2.4 Festkörperdetektoren

160 2 Strahlungsdetektoren
übertragenen Energie, so kann das entsprechende Material als Strahlungsdetektor oder sogar als
Dosimeter verwendet werden. Bei vielen Substanzen ist die Wechselwirkung mit einem ionisieren-
den Strahlungsfeld mit prompter oder verzögerter Lichtemission verbunden. Die wichtigsten Ver-
treter dieser Strahlungsdetektoren mit promptem Lichtnachweis sind die Szintillatoren (Kap.
2.4.4), diejenigen mit verzögerter, induzierter Lichtemission verbundenen Substanzen die Thermo-
lumineszenzdetektoren (Kap. 2.4.5) und die Phosphatgläser (Kap. 2.4.6).
2.4.1 Das Bändermodell für Festkörper
Kristalline Festkörper können entweder als Einkristalle, also als massive Kristallblöcke, oder als
polykristalline Substanzen vorliegen. Die Vorgänge in beiden Erscheinungsformen dieser Festkör-
per können mit Hilfe des im folgenden dargestellten Bändermodells verstanden werden (Fig. 2.10).
In isolierten Atomen befinden sich die Hüllenelektronen in klar voneinander getrennten, scharfen
Energieniveaus, deren energetische Lage charakteristisch für das jeweilige Atom ist. Anorganische
Kristalle bestehen aus einer regelmäßigen, periodischen Anordnung vieler Atome, dem sogenannten
Kristallgitter. Die Elektronen der inneren Schalen bleiben den einzelnen Atomen (Gitterplätzen)
auch im Festkörper eindeutig zugeordnet. Die äußeren Elektronenniveaus werden dagegen durch
die gegenseitige Wechselwirkung der Kristallatome energetisch so sehr verbreitert, daß man von
Energiebändern spricht. Elektronen in diesen erlaubten Energiebändern sind einzelnen Gitterplätzen
nicht mehr zuzuordnen, sie sind Elektronen "des ganzen Kristalls". Zwischen den Energiebändern
befinden sich ähnlich wie zwischen den diskreten Zuständen im isolierten Atom energetisch verbo-
tene Zonen, die sogenannten Bandlücken (engl.: gaps), in denen sich keine Elektronen aufhalten
können. Das physikalische Modell, das auf diese Weise die Eigenschaften des Festkörpers be-
schreibt, wird wegen der Bandstruktur der Energieniveaus anschaulich als Bändermodell der Fest-
körper bezeichnet. Es gilt in strenger Form nur für reine, unendlich große, kristalline Festkörper,
macht aber viele, wenn auch zum Teil nur qualitative Aussagen zum Verhalten realer Substanzen.
Die äußersten Elektronen der Einzelatome, die Valenzelektronen, befinden sich im Festkörper in
den Bändern mit den höchsten Energien. Das letzte vollständig gefüllte Energieband des Kristalls
wird als Valenzband bezeichnet (Fig. 2.10c). Energetisch oberhalb dieses im Grundzustand in den
meisten Festkörpern mit Elektronen voll besetzten Valenzbandes befindet sich ein weiteres Band
möglicher energetischer Elektronen-Zustände. Elektronen, die durch Anregung in dieses Band ge-
langen oder sich wie bei den einwertigen Metallen bereits im Grundzustand in diesem Band befin-
den, können sich frei im Kristall bewegen. Der Kristall ist dann elektrisch leitend. Dieses Band wird
deshalb als Leitungsband bezeichnet. Damit Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband