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  Funktionsweise eines Halbleiterdetektors |
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masr
Wenig Aktiv 
Dabei seit: 26.01.2009
Mitteilungen: 669
Wohnort: Köln
 |  Themenstart: 2009-05-21
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Hi!
Auf Wikipedia (HIER) kann man ja nachlesen, wie ein Halbleiterdetektor funktioniert. Jedoch habe ich noch einige Fragen:
Frage 1) Wofür braucht man eine Dotierung, um Ladungsträger innerhalb eines Halbleiters zu transportieren, und wieso braucht man verschiedene elektrische Felder im Halbleiter?
In Wikipedia steht:
Bei der Strukturierung von Halbleiterdetektoren macht man sich die Kombination unterschiedlich leitfähiger Gebiete (Dotierungen) zunutze, über die verschiedene elektrische Felder im Halbleiter angelegt werden, um die generierten Ladungsträger innerhalb des Halbleiters zu transportieren und gegebenenfalls zu verstärken.
Frage 2) Hab ich die Funktionsweise eines Halbleiterdetektors richtig verstanden? Ein Halbleiter, der z.B. Röntgenstrahlen messen soll, funktioniert doch folgendermassen:
Die Röntgenstrahlen treffen auf den Halbleiter, regen dort die Elektronen an und die Elektronen wandern zur Anode und werden dort gezählt, oder?
Frage 3) Ich soll in einem Praktikumsversuch folgende Frage beantworten:
Die benötigte Energie, um einen Ladungsträger in Silicium zu erzeugen, ist typischerweise 3eV, während dieser Wert bei einem Ionisationsdetektor einige 30eV ist. Diskutiere, welcher der zwei Detektortypen eine höhere Energieauflösung hat.
Hat der Silicium-Detektor vielleicht eine höhere Energieauflösung, weil die Röntgenstrahlen viel weniger Energie verbrauchen, um einen Ladungsträger im Halbleiter zu erzeugen? Ich könnte mir hierbei vorstellen, dass ein Röntgenstrahl gleich mehrere Elektronen zu Ladungsträgern macht und die Anzahl der Ladungsträger die Energie des Röntgenstrahls viel feiner anzeigen, als wenn die benötigte Energie, um Ladungsträger zu erzeugen, 30eV wäre.
Hab ich recht? Wenn nicht, was ist dann die Antwort zu der Frage?
Frage 4)
Wenn man nun Röntgenstrahlen auf ein Material strahlt, werden Elektronen ja angeregt, fallen wieder zurück in ein tieferes Niveau und dadurch werden neue Röntgenstrahlen erstellt, die man mit einem Halbleiterdetektor misst. Warum kann man anhand der Röntgenstrahlen, die zurückkommen, das bestrahlte Material mit allen Bestandteilen so genau bestimmen? Ist die Intensität der Röntgenstrahlen nicht bei verschiedenen Materialien gleich groß, weil die Elektronen, die wieder in ein tieferes Niveau fallen, doch eigentlich auch die gleiche Energie anhand von Röntgenstrahlen abgeben, oder?
Gruß, Martin
[ Nachricht wurde editiert von masr am 21.05.2009 10:37:33 ]
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Supertramp
Senior 
Dabei seit: 19.10.2003
Mitteilungen: 923
Wohnort: Aachen, Deutschland
 | Beitrag No.1, eingetragen 2009-05-21
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Zu 1)
Bringst du p- und n-dotierte Halbleiter zusammen entsteht eine Verarmungszone. In dieser Zone gibt es kaum freie Elektronen oder freie Löcher. Durch einfallende Photonen werden Elektron-Loch-Paare erzeugt die dann - wenn sie genug Energie bekommen haben - zu Anode/Kathode wandern.
Zu 2)
Siehe 1)
Zu 3)
Ja, die bessere Energieauflösung ergibt sich durch die geringere Anregungsenergie.
Zu 4)
Anregung findet nur dann statt, wenn die Energie des einfallenden Photons ziemlich genau der Übergangsenergie vom Grund- zum angeregten Zustand entspricht. Schicke ich also alle möglichen Röntgenstrahlen auf mein Material, kommen nur ganz bestimmte Frequenzen wieder zurück. Die sind für jedes Material charakteristisch.
Und noch was gaaaanz wichtiges: Intensität und Energie sind zwei völlig unterschiedliche Dinge! Lies dir dazu vielleicht den Wikipedia-Artikel zum Photoelektrischen Effekt durch. Die Energie pro Photon bestimmt sich aus der Frequenz der Strahlung, die Intensität bestimmt sich aus der Anzahl der Photonen.
Gruß,
Supertramp
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masr
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| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2009-05-21
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Danke, Supertramp :-)
Bis jetzt hab ich schonmal alles verstanden. Ich lese mir dann mal die Wikipedia-Artikel zu deinen Stichwörtern durch und wenn ich noch Fragen habe, schreib ich sie wieder rein :-)
Gruß, Martin
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masr
Wenig Aktiv
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| Beitrag No.3, vom Themenstarter, eingetragen 2009-05-21
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Hi!
Zum Punkt 4 hab ich noch etwas nicht verstanden:
Beim Compton-Effekt gibt ein Photon doch nur einen Teil seiner Energie an das Elektron ab:
und behält den anderen Teil seiner Energie.
Das gilt nach Wikipedia auch für gebundene Elektronen:
"Bei den unterschiedlichen Herleitungen wird immer ein freies Elektron angenommen. Ist das Elektron in einem Atom gebunden, muss man die Bindungsenergie von der kinetischen Energie des Elektrons nach dem Stoß abziehen."
Hierbei hat das Photon doch dann eine viel höhere Energie als die Übergangsenergie vom Grund- zum angeregten Zustand.
Ist das nicht ein Widerspruch?
Gruß, Martin
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lula
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Dabei seit: 17.12.2007
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 | Beitrag No.4, eingetragen 2009-05-21
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Hallo
Die aeusseren Elektronen in einem Kristall haben sehr geringe Bindungsenergie. Im Verhaeltnis zu Gamma oder Roe. Strahlen kann man die praktisch vernachlaessigen. Sie wird deshalb bei der Rechng zum Compton Effekt gar nicht beruecksichtigt, bzw nur so wie in wiki erwaehnt.
Wieso ergibt sich jetzt ein Widerspruch? Wenn das Quant ein inneres e rausschlegt hat man absortion bzw. Fotoeffekt, die ganze Energie geht in das e und man hat keinen Comptoneffekt mehr.
Wo siehst du einen Widerspruch?
Bis dann lula
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masr
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| Beitrag No.5, vom Themenstarter, eingetragen 2009-05-22
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Achso, gibt es also gar keinen Compton-Effekt mit einem inneren e? Die Elektronen nehmen doch nicht den gesamten Platz ein. Ich dachte, dass ein Photonenbündel auch in die Materie reinstrahlen kann, während es einige male nach dem Compton-Effekt gestreut wird und zum Schluss die komplette Energie an ein hinteres Elektron abgibt?
Ich hätte mir das so vorgestellt:
Die Röntgenwelle kommt hierbei von links und trifft den Kristall rechts, der natürlich dreidimensional auch nach vorne und hinten ausgedehnt ist. In dem Kristall gibt es dann mehrere Streuungen, bis die komplette Energie des Röntgenstrahls verbraucht ist.
Stimmt meine Denkweise nicht?
Gruß, Martin
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lula
Senior
Dabei seit: 17.12.2007
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| Beitrag No.6, eingetragen 2009-05-22
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Hallo
Was du aufgezeichnet hast ist nicht falsch, aber unrealistisch.
Die Wahrscheinlichkeit dass das gestreute Photon entkommt, ist gross.
Was du zeichnest koennte man bei einer Messung nicht von einem einzigen Fotoeffekt unterscheiden, es gibt fuer jeden Effekt einen Wirkungsquerschnitt, so dass dein mehrfach Compton moeglich waere, Compton und anschliessender Fotoeffekt (an innerer Schale) oder Compton und Rest raus.
Der Comptoneffekt wird bei kleineren Energien, also deinen Folgefphotonen unwahrscheinlicher.
Bis dann lula
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masr
Wenig Aktiv
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| Beitrag No.7, vom Themenstarter, eingetragen 2009-05-23
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Hi!
Supertramp hat ja geschrieben:
"Anregung findet nur dann statt, wenn die Energie des einfallenden Photons ziemlich genau der Übergangsenergie vom Grund- zum angeregten Zustand entspricht."
Werden beim Compton-Effekt denn nicht die Elektronen angeregt, obwohl das Photon eine viel höhere Energie als die Übergangsenergie hat und nur einen Teil seiner Energie an das Elektron abgibt?
Das meinte ich mit Widerspruch.
Gruß, Martin
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