Detectores semiconductores de Ge

Cuando se ponen en contacto un material semiconductor tipo-n con uno de tipo-p, los electrones del semiconductor tipo-n pueden difundirse a través de la unión en el semiconductor de tipo-p y combinarse con las vacantes. En las proximidades de la unión p-n, los conductores de carga son neutralizados, creando una región denominada zona de deplexión o vaciamiento, donde no hay cargas libres, sólo impurezas ionizadas fijas. Es decir, la difusión de electrones de la región tipo-n deja atrás estados ionizados donadores fijos, mientras que en la región tipo-p quedan estados aceptores fijos cargados negativamente. Se crea por tanto un campo eléctrico que finalmente impide que la difusión continúe.

Si alguna radiación penetra en la zona de vaciamiento, se crea un par electrón-hueco de tal manera que los electrones fluyen en una dirección y los huecos en sentido contrario debido a al presencia del campo de la zona de carga espacial o de vaciamiento, es decir, se crea una corriente. El número final de electrones recogidos pueden crear un pulso electrónico cuya amplitud es proporcional a la energía de la radiación, pues será esta la que determinará el número de pares electrón-hueco creados.  

Figura 3. Efecto de la incidencia de la radiación sobre la unión PN

En la práctica estos detectores operan con grandes voltajes inversos (3000V, en nuestro caso) que aumentan la magnitud del campo eléctrico en la región de vaciamiento (haciendo más eficiente la recogida de la carga) y aumentando la zona de carga espacial (y, por tanto, el volumen de sensibilidad del detector).

A partir del logro de semiconductores de muy alto grado de pureza (1010 átomos de impureza/cm3), se puede obtener Ge de resistividad específica sumamente elevada, que posibilita la obtención de zonas de carga espacial de aproximadamente 10 mm de espesor, con tensiones de polarización no demasiado elevadas. Estos detectores reciben el nombre de “hiperpuros”, ya sea de Ge o Si y han comenzado a ser ampliamente utilizados en espectrometría de radiación fotónica de alta resolución.

Para la obtención de semiconductores de muy alto grado de pureza debe recurrirse a técnicas sofisticadas de purificación. Aunque los costos son actualmente elevados la principal ventaja reside en que si bien deben ser operados a bajas temperaturas (a efectos de evitar el ruido térmico) no se requiere su almacenamiento en esas condiciones.

El espectro proporcionado por el detector HPGe (High Purity Ge) empleado en el laboratorio, con la fuente de 22Na y muestra patrón (aleación Fe-Al) se puede observar en la figura 3.

Figura 3. Espectro de obtenido con un detector de HPGe

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