2.4 Festkörperdetektoren
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<strong>2.4</strong> <strong>Festkörperdetektoren</strong> 161<br />
überwechseln können, muß ihnen die Differenzenergie zwischen den Bändern als Anregungsener-<br />
gie zur Verfügung stehen. Diese Energie kann z. B. aus der Wärmebewegung oder aus Anregungen<br />
der Elektronen durch Licht, mechanische Einwirkung auf den Festkörper, chemische Prozesse oder<br />
ionisierende Strahlung herrühren. Ist die Energielücke so groß, daß durch thermische Anregung<br />
kein Elektronenübergang in das Leitungsband möglich ist, bezeichnet man den Festkörper als Isola-<br />
tor (Fig. 2.11). Die Breite des Energiegaps beträgt in Isolatoren zwischen 2 und 6 eV, in einigen<br />
anorganischen Verbindungen wie dem NaJ sogar etwa 8 eV.<br />
Fig. 2.10: Entstehung der Energiebänder im Kristall (E: Energieachse, K: Bereich kontinuierlicher<br />
Zustände oberhalb der Ionisierungsenergie, V: Valenzband, L: Leitungsband). (a) Elektronenenergieniveaus<br />
im einzelnen Atom (n=1). (b) Zweifach aufgespaltene Energieniveaus<br />
im zweiatomigen Molekül (n=2). (c): Energiebänder im Kristall (n=∞).<br />
Wird die Energielücke, also der für Elektronen verbotene Energiebereich, auf deutlich unter 2<br />
Elektronenvolt verkleinert, so ist bereits bei Zimmertemperatur eine gewisse thermisch verursachte<br />
Übergangsrate der Elektronen zwischen den Bändern möglich. Der Kristall wird dann als Halblei-<br />
ter bezeichnet. Der Übergang zwischen Isolatoren und Halbleitern ist fließend, d. h. es können kei-<br />
ne festen Grenzen für den Bandabstand angegeben werden. Typische Energiebreiten des Gaps bei<br />
Halbleitern liegen zwischen 0.2 und 2 Elektronenvolt. Kennzeichnend für Halbleiter ist die starke<br />
Temperaturabhängigkeit der elektrischen Eigenleitfähigkeit, die bei einer gegebenen Temperatur<br />
um so größer ist, je kleiner der energetische Abstand zwischen Valenz- und Leitungsband ist. Die<br />
exponentiell mit der Temperatur ansteigende Eigenleitung kann bei Temperaturerhöhung durch<br />
Überschreiten der zulässigen Ströme leicht zur thermischen Zerstörung des Kristalls führen.