Halbleiterdetektoren

Halbleiterdetektoren sind Bauelemente, die ionisierende Strahlung direkt in elektrische Signale umwandeln. Sie verwenden Halbleitermaterialien wie Silizium (Si) oder Germanium (Ge) und arbeiten typischerweise in einer p-n- oder PIN-Struktur, bei der sich eine Depletion Region bildet. Treffen Photonen oder Teilchen auf das Detektormaterial, entstehen Elektronen-Loch-Paare. Unter angelegter Spannung wandern die Ladungsträger zu den Elektroden, wodurch ein messbarer Stromimpuls entsteht. Die Signalamplitude bzw. die gemessene Ladung ist in direkter Weise proportional zur Energie der eingetroffenen Strahlung, was eine Energieauflösung ermöglicht.

Typen umfassen direkte Detektoren wie Silizium- oder Germanium-Dioden sowie PIN- und Silicon-Drift-Detektoren (SDD). Avalanche-Photodioden (APD) dienen der Verstärkung von Signalen; CdTe- oder CdZnTe-Detektoren ermöglichen Detektion bei Raumtemperatur und eignen sich besonders für harte Strahlung. Die meisten Detektoren verwenden eine Elektrodengestaltung und eine Depletionszone, während die Temperaturstabilisierung je nach Material variiert, um Leck- und Rauschströme gering zu halten.

Anwendungen reichen von Tracking- und Kalorimeter-Systemen in der Teilchenphysik über direkte Röntgen- und Gamma-Spektroskopie bis hin zu medizinischer Bildgebung wie Computertomographie (CT) und SPECT. In der Raumfahrt und Industrie kommen Halbleiterdetektoren wegen ihrer hohen Auflösung und kompakten Bauform zum Einsatz.

Wichtige Eigenschaften sind Energieauflösung, Rate-Fähigkeit, Strahlungshärte und Betriebstemperatur. Ge-Detektoren benötigen oft Kühlung, während viele Si- und CdZnTe-Systeme bei moderaten Temperaturen arbeiten. Zu den Nachteilen gehören Kosten, Kühlbedarf bei bestimmten Materialien und Alterung durch Strahlung.