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그림과 같이 충만대와 전도대 사이의
에너지 갭(gap)이 작아서 상온에서도 열적인 여기에 의해 충만대에
있던 전자가 전도대로 이동할 수 있는 물질을 반도체라고 부른다.
이와같이 방사선의 에너지 흡수에 의해서 뿐아니라 상온에서도
열적 여기에 의해 반도체검출기에는 항상 미량의 전류가 흐르기
때문에 사용시에는 반드시 액체질소로 냉각시켜 주어야 한다.충만대에 있던 전자가 전도대로 이동하면 충만대에는 정공(hole)이라 부르는 전자의 빈자리(vacancy)가 만들어지고 이는 양전자 효과낸다. 반도체에서 전자·정공쌍을 만드는데 필요한 에너지는 Ge이 2.9eV이고 Si이 3.6eV로 기체(30eV)에서 보다 상당히 작으므로 동일한 에너지의 입사방사선에 대하여 생성되는 정보전달자의 수가 많아서 출력펄스가 커진다. 따라서 입사방사선의 에너지를 구분하는 에너지분해능이 우수하다. 또한 검출기가 기체보다 밀도가 1,000배 정도 큰 고체이므로 방사선의 검출효율이 우수하다.
흔히 사용되는 반도체는 Si 또는 Ge에 인위적으로 불순물을 첨가함으로써 반도체의 특성을 조절하는데 4족인 Si 또는 Ge에 3족원소를 첨가한 것을 p형 반도체, 5족원소를 첨가한 것을 n형 반도체라 부른다.
반도체를 방사선검출기로 사용하는 기본적인
방법은 n형과 p형 반도체를 접합하는 것인데 이를 "n-p
접합형검출기(또는 n-p 접합 다이오드)"라고 한다. n-p 접합
다이오드의 n측에 (+)로, p측에 (-)로 역바이어스 전압을 인가하면 n측의
전자와 p측의 정공이 각각 전극으로 이동하여 방사선의 검출영역인
공핍층(전자와 정공의 수가 같은 영역)이 확장된다.그러나 실제 반도체검출기를 제조할 때에는 공핍층의 더욱 확대하기위해 p형 Si 또는 Ge 반도체에 Li을 확산시키는 방법을 사용한다. 이러한 검출기를 "Li drifted 반도체검출기"라 하며 Ge(Li), Si(Li)으로 표기한다. Si(Li)는 상온에서 수주동안 보관이 가능하나 Ge(Li)는 사용 시뿐아니라 보관할 경우에도 항상 냉각을 시켜주어야 한다.
근래에는 Ge의 불순물 정제기술이 발달하여 Ge(Li) 대신에 "고순도 Ge검출기(High Purity Ge detector, HPGe)"가 널리 사용된다. Ge(Li)는 상온에서 Li이 이동하기 때문에 항상 액체질소로 냉각해야 하는 부담이 있는 반면 HPGe는 열전자에 의한 잡음을 줄이기 위해 사용 중에만 냉각하면 된다.
Si(Li)는 X-선 측정용으로 Ge(Li)는 감마선 측정용으로 주로 사용된다.
그 밖의 반도체검출기로 CdTe, HgI2 및 GaAs 검출기가 있는데 이들은 에너지 갭의 간격이 커서 냉각하지 않고 상온에서 사용할 수 있는 장점이 있으나 에너지분해능이 좋지 않으며 결정을 키우는데 한계가 있다는 약점이 있다.
한편 n형 반도체의 한면을 부식시킨 다음 산화환경에서 금막을 증착시키면 산화층과의 접합이 p-n 접합과 유사한 기능을 나타내는데 표면으로부터 공핍층까지가 매우 얇기 때문에 알파입자와 같은 중하전입자 검출에 유용하게 사용할 수 있다. 이러한 검출기를 "표면장벽형 검출기(surface barrier detector)"라 한다.