Halvlederdetektorer

Halvlederdetektorer er en gruppe detektorer som bruker halvledermaterialer for å konvertere stråleenergi til elektriske signaler gjennom dannelse og innsamling av ladningstransportører. Når ioniserende stråling passerer detektormaterialet, dannes elektron–hull-par. Under et påsatt elektrisk felt beveger elektronene og hullene seg mot motstående elektroder, og signalet som dannes er proporsjonalt med den totale energien som ble depositert av strålingen.

Materialer og arkitektur

De vanligste halvledermaterialene er silisium (Si) og germanium (Ge). Andre materialer som CdZnTe (CZT), GaAs og CdTe brukes i romtemperaturdetektorer og i spesialapplikasjoner. Halvlederdetektorer kan bygges som ulike konfigurasjoner, blant annet p-n-dioder, PIN-dioder, Schottky-dioder og mer avanserte konstrukasjoner som silisiumdrift-detektorer (SDD) og høy-ren Ge-detektorer for høyoppløselig gamma-spektroskopi. En viktig distinksjon er direkte konvertering (fremstilling av ladning i detektormaterialet selv) sammenlignet med indirekte konvertering som skjer i tilknyttede scintillatorer.

Ytelse og begrensninger

Ytelsen måles blant annet i energiresolusjon, ledeevne og lekkasjestrøm, samt hvor dypt detektoren er depleted. Ge-detektorer gir eksepsjonell energiresolusjon for gamma-stråling, men krever kjøling til væske-nitrogen-nivåer. Si-baserte detektorer og CZT-enheter kan operere ved eller nær romtemperatur, men har generelt litt dårligere oppløsning. Halvlederdetektorer har fordel av rask respons og direkte konvertering, men er ofte kostbare, og sensorer som Ge krever avansert kjøling og beskyttelse mot strålingsskader.

Anvendelser

De brukes i X- og gamma-spektroskopi, medisinsk bildediagnostikk, materialanalyse og nukleær forskning. De gir høy presisjon i energiestimering og god tidsrespons, noe som gjør dem velegnet for både forskning og industriell måling.