2.4 Festkörperdetektoren

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