2.4 Festkörperdetektoren

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überwechseln können, muß ihnen die Differenzenergie zwischen den Bändern als Anregungsener-
gie zur Verfügung stehen. Diese Energie kann z. B. aus der Wärmebewegung oder aus Anregungen
der Elektronen durch Licht, mechanische Einwirkung auf den Festkörper, chemische Prozesse oder
ionisierende Strahlung herrühren. Ist die Energielücke so groß, daß durch thermische Anregung
kein Elektronenübergang in das Leitungsband möglich ist, bezeichnet man den Festkörper als Isola-
tor (Fig. 2.11). Die Breite des Energiegaps beträgt in Isolatoren zwischen 2 und 6 eV, in einigen
anorganischen Verbindungen wie dem NaJ sogar etwa 8 eV.
Fig. 2.10: Entstehung der Energiebänder im Kristall (E: Energieachse, K: Bereich kontinuierlicher
Zustände oberhalb der Ionisierungsenergie, V: Valenzband, L: Leitungsband). (a) Elektronenenergieniveaus
im einzelnen Atom (n=1). (b) Zweifach aufgespaltene Energieniveaus
im zweiatomigen Molekül (n=2). (c): Energiebänder im Kristall (n=∞).
Wird die Energielücke, also der für Elektronen verbotene Energiebereich, auf deutlich unter 2
Elektronenvolt verkleinert, so ist bereits bei Zimmertemperatur eine gewisse thermisch verursachte
Übergangsrate der Elektronen zwischen den Bändern möglich. Der Kristall wird dann als Halblei-
ter bezeichnet. Der Übergang zwischen Isolatoren und Halbleitern ist fließend, d. h. es können kei-
ne festen Grenzen für den Bandabstand angegeben werden. Typische Energiebreiten des Gaps bei
Halbleitern liegen zwischen 0.2 und 2 Elektronenvolt. Kennzeichnend für Halbleiter ist die starke
Temperaturabhängigkeit der elektrischen Eigenleitfähigkeit, die bei einer gegebenen Temperatur
um so größer ist, je kleiner der energetische Abstand zwischen Valenz- und Leitungsband ist. Die
exponentiell mit der Temperatur ansteigende Eigenleitung kann bei Temperaturerhöhung durch
Überschreiten der zulässigen Ströme leicht zur thermischen Zerstörung des Kristalls führen.