2.4 Festkörperdetektoren
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166 2 Strahlungsdetektoren<br />
Lumineszenz: Unter Lumineszenz versteht man die Emission von Photonen im sichtbaren Spekt-<br />
ralbereich in Festkörpern während oder nach einem Einwirken auf den Kristall, bei dem Energie in<br />
irgendeiner Form auf den Kristall übertragen wird. Dies kann durch Einstrahlung von sichtbarem<br />
Licht oder UV-Strahlung, durch Teilchenbeschuß oder Anregung durch sonstige ionisierende Strah-<br />
lung und durch chemische, mechanische oder thermische Einwirkung auf den Kristall geschehen.<br />
Ist die Abklingzeit der Lichtemission unabhängig von der Temperatur des Festkörpers, so bezeich-<br />
net man dies als Fluoreszenz. Lumineszenz, die erst nach Beendigung der Anregung eintritt, und<br />
deren Intensität von der Temperatur des Festkörpers abhängt, wird als Phosphoreszenz bezeichnet.<br />
Das Bändermodell liefert einfache Erklärungen für diese beiden Erscheinungsformen der Lumines-<br />
zenz.<br />
Fig. 2.13: Vorgänge bei der An- und Abregung von Festkörpern mit ionisierender Strahlung. (a): Festkörper<br />
vor der Strahlungsexposition: V: vollbesetztes Valenzband, L: leeres Leitungsband,<br />
Tr: Unbesetztes Elektron-Trap, Az: angeregtes Loch-Trap, Ex: mögliche Exzitonenzustände<br />
unmittelbar unterhalb des Leitungsbandes. (b): Anregung eines Elektrons in<br />
das Leitungsband mit Entstehung eines frei beweglichen Elektron-Loch-Paares oder Anregung<br />
eines Elektrons in Exzitonenzustände unterhalb des Leitungsbandes. (c):<br />
Strahlungsloser Übergang eines Elektrons zurück ins Leitungsband unter Bildung eines<br />
Phonons (Ph), Rekombination eines Exzitons unter Lichtemission oder Phonon-Bildung<br />
(Li, Ph) und Einfang eines freien Elektrons in ein angeregtes Lochtrap (Aktivatorzentrum:<br />
Az) unter Abgabe von Licht (Li), Trappen eines Elektrons in vorher nicht besetzte Elektronentrapzustände.<br />
Fluoreszenz: Werden Elektronen durch Anregung eines Kristalls vom Valenzband in das Lei-<br />
tungsband angeregt, so können sie entsprechend der Lebensdauer der angeregten Zustände im Lei-<br />
tungsband mit Lochzuständen im Kristall, den sogenannten Aktivatorzuständen, oder mit Löchern<br />
im Valenzband rekombinieren (Fig. 2.13c). Das dabei emittierte Licht wird als Fluoreszenzlicht<br />
bezeichnet. Für die wichtigste Übergangsart, den elektrischen Dipolübergang, beträgt die mittlere<br />
Lebensdauer etwa 10 -8 s. Sie bestimmt die Übergangsrate und damit die Lichtintensität bei der Fluo-<br />
reszenz. Da die quantenmechanischen Auswahlregeln der beteiligten Übergänge völlig unabhängig<br />
von der Temperatur des Kristalls sind, ist die Fluoreszenzintensität bei einem gegebenen Kristall