[[Category: Physikbuch]]

Pia's Talk about Solid State Detectors 

= Festkörperdetektoren =

=== Strahlung in Materie ===

==== α-Strahlen, β-Strahlen ====

Geladene [[Elementarteilchen]] machen [[Ionisation]]. Dabei geben die
Teilchen kinetische Energie und es entstehen bewegliche Ladungen
entlang der Flugbahn.  Je langsamer die Teilchen fliegen umso mehr
Energie wird pro Millimeter abgegeben (''[[Bethe-Bloch]]'',
''[[Bragg-peak]]'').

==== γ-Strahlen ====

Ungeladene Teilchen fliegen einfach durch Metarie durch, bis sie
irgendwo mit einem geladenen Teilchen des Materials
zusammenstoßen. Das geladene Teilchen fliegt dann weiter und macht
Ionisation.

===== Compton Effekt =====

Ein γ-Quant stößt ein Elektron an.  Das γ-Quant fliegt in eine andere
Richtung weiter.  Das Elektron übernimmt einen Teil der kinetischen
Energie.  Dieser Anteil hängt von dem Winkel ab, um den das γ-Quant
abgelenkt wurde.  Wenn das γ-Quant in die entgegengesetzte Richtung
fliegt, dann bekommt das Elektron die meiste Energie. Das ist die
Compton-Kante im [[Spektrum]].

===== Photoeffekt =====

Ein γ-Quant kann von einem Elektron verschluckt werden.  Dazu wird
aber ein schwerer Atomkern in der Nähe gebraucht, der einen Teil des
Impulses vom γ-Quant übernimmt.

=== Detektoren ===

In einem Detektor kann die Ionisation gemessen werden.
* Geiger-Müller Zählrohr, Ionisation in Gas mit Lawinenverstärkung.
* Szintillator, Ionisation erzeugt Lichtblitze.
* Halbleiterdetektor.  Die Ionisationsladung wird direkt gemessen.
* Avalanche Photodiode, Halbleiterdetektor mit Lawinenverstärkung.

=== Festkörperdetektoren ===

In Halbleiterdioden gibt es eine [[Verarmungszone]], in der sich keine
beweglichen Ladungen befinden.   Wenn in der Verarmungszone Ionisation
passiert, dann fließen die dabei erzeugten Ladungen zu den
Anschlüssen der Diode und können dort gemessen werden.

==== Solarzellen ====

In Solarzellen liefern diese Ladungen elektrische Energie.  Die
Ionisation wird durch Licht hervorgerufen.

==== PIN-Dioden ====

In Detektoren wird eine Sperrspannung an die Diode angelegt, um die
Verarmungszone zu vergrößern, bis fast das gesammte Halbleitervolumen
keine beweglichen Ladungen mehr enthält.  Daher besteht der
Halbleiterkristall aus sehr reinem, teurem, ''Intrinsischem'' Silizium.
Nur an den Oberflächen sind P- und N-leitende Dotierungen eingebracht.

==== Photodioden ====

Die Oberfläche von  Solarzellen und Photodioden wird mit einer
[[Entspiegelung]] versehen. Das ist eine sehr dünne [[Beschichtung]], die
durch [[Interferenz]] verhindert, das Licht reflektiert werden kann.

Die Dicke der Beschichtung ist so gewählt, das die Entspiegelung bei
rotem Licht am besten funktioniert.  Blaues Licht wird zum Teil
reflektiert.

In Photodioden muss auch die Dotierung an der Oberfläche sehr dünn
sein, damit viel Licht bis in die Verarmungszone eindringen kann.

=== Bismut Spektrum ===

Aus einer radioaktive Quelle mit dem Isotop ²⁰⁷Bi kommen
Röntgenstrahlen, γ-Strahlen und Elektronenstrahlen.  Diese Stahlen
haben genau bestimme kinetischen Energien, auch die
Elektronen.  Es sind keine  β-Strahlen, bei denen die kinetische
Energie vom Zufall abhängt, je nachdem wie viel Energie das Neutrino
mitbekommen hat.

Die Spektren zeigen den Energieverlust im Halbleiter durch
* Photoeffekt, Photoelektronen von Röntgenquanten bei 75keV,
* Compton-Effekt, Elektronen angestoßen von γ-quanten mit 570 und 1063 keV,
* Elektronen aus der Quelle mit 482, 554, 566, 976, 1048, 1060 keV.