Halvledardetektorer

Halvledardetektorer är solid-state enheter som detekterar joniserande strålning genom att generera elektriska laddningar i ett halvledarmaterial när strålningen avger energi. Vanliga material är kisel och germanium, samt andra halvledare som CdTe och CdZnTe. Elektrodreaktioner driver en elektrisk ström som är proportional med den incidenta energi och antalet laddningar som bildas i materialet.

Principen bygger på en reverse-biased PN- eller PIN-junction som skapar ett kvarstående lägsta område där laddningar kan bildas och dras ut av den elektriska fältet. När strålning tränger in i materialet genereras elektron–hål-par. Dessa laddningar rör sig mot elektroderna och samlas upp som en pulsladdning. Antalet bildade par är i stort sett proportionellt mot energin hos den inriktade strålningen, vilket gör halverledardetektorer lämpliga för energidetektion och spektroskopi. Prestanda påverkas av elektronisk brus, läckströmmar och kapacitans i raden av detektorn.

Material och egenskaper: kisel-dioder används för partikelspårning och energidetektorapplikationer, medan högren germanium (HPGe) ger utmärkt energiresolution vid gamma-spektroskopi men kräver kylning till cirka 70–100 K. Rumstemperaturalternativ som CdTe och CdZnTe används inom röntgen- och gammaområdet. Vissa detektorer används i moderna kalorimetre och fotograferingssensorer, ofta i kombination med avancerad elektronik eller fotodetektorer.

Användningar omfattar högenergifysik, medicinsk bildbehandling, kärnteknik och säkerhetsapplikationer. Historiskt bidrog utvecklingen av halvledarmaterial och låg-noise-elektronik till att göra halvlledardetektorer viktiga verktyg för precisionsdetektion och spektral analys.