Rivelatore a semiconduttore

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Un rivelatore di particelle a semiconduttore è un rivelatore di particelle costituito da semiconduttori drogati (usualmente silicio o germanio) per rivelare particelle.

Il suo modo di funzionamento più comune è quello di giunzione p-n polarizzata inversamente, ed assomiglia molto ad un diodo.

I rivelatori a semiconduttore sono stati molto usati dagli anni sessanta per le loro alta risoluzione e velocità. Inoltre grazie alla loro alta densità rispetto a rivelatori come i rivelatori a gas la probabilità di interazione è molto alta e possono essere fabbricati in piccole dimensioni.

Funzionamento[modifica | modifica sorgente]

Nei semiconduttori la banda di conduzione e la banda di valenza sono separate da una piccola energia (a 300K 1.115 eV per il silicio 0.665 eV per il germanio). Quando viene fornita dell'energia gli elettroni nella banda di valenza possono passare nella banda di conduzione, formando una coppia elettrone - lacuna. Questa energia può derivare dall'energia interna, e quindi dalla temperatura del rivelatore, o dall'esterno, come l'interazione con la radiazione da rivelare. Per diminuire la prima componente spesso i rivelatori sono mantenuti in un bagno di azoto a 77 K.

Se si applica una tensione esterna le coppie così formate migrano, gli elettroni verso l'anodo, le lacune verso il catodo. Si forma così una corrente proporzionale al numero di coppie formate e quindi all'energia della particella. Questo modo per raccogliere la carica è inefficiente, a causa della ricombinazione delle coppie. Per questo nel caso più semplice si utilizza una giunzione p-n inversamente polarizzata, che funziona come un diodo. Il vantaggio è di avere una regione di svuotamento, cioè una zona senza portatori di carica maggioritari (elettroni nella banda di conduzione nella zona n, e lacune nella banda di valenza nella zona p). Questa zona è la zona attiva, e la sua larghezza aumenta con la radice della tensione applicata. Spesso si lavora con rivelatori completamente svuotati, ovvero nei quali tutto il volume del rivelatore è attivo per la rivelazione della radiazione. Aumentando ancora la tensione il campo elettrico interno diventa più uniforme. Questa condizione non è sempre raggiungibile perché a tensioni troppo elevate la giunzione inversamente polarizzata conduce (il cosiddetto break-down).

Tipi di rivelatori[modifica | modifica sorgente]

Lo sviluppo dei rivelatori a semiconduttore è stato molto veloce grazie allo sviluppo dell'elettronica basata sui semiconduttori e ha prodotto numerosi tipi di rivelatori diversi, adatti alle più svariate situazioni e spesso sono classificati in base al metodo di fabbricazione.

  • Rivelatori a giunzione diffusa
  • Rivelatori a barriera superficiale
  • Rivelatori ad impiantazione ionica
  • Silly e Gelly
  • Microstrips
  • Rivelatore p-i-n

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Note[modifica | modifica sorgente]


Voci correlate[modifica | modifica sorgente]