DE19616545A1 - Schneller Strahlungsdetektor - Google Patents

Description

Zum Nachweis elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren, IR-und UV-Bereich können direkt umwandelnde Detektoren einge­ setzt werden, die als Photoleiter, Photodiode oder nach dem photovoltaischen Prinzip betrieben werden können.

Für den quantitativen Nachweis von Röntgen- und Gammastrah­ lung werden bei mittleren Quantenenergien von 10 bis 150 keV traditionell gasgefüllte Ionisationsröhren oder Festkörper­ szintillatoren im Verbund mit Photomultiplier-Röhren oder Halbleiterphotodioden eingesetzt. Während im ersten Fall die ionisierende Wirkung von Röntgenstrahlung direkt zum Nachweis der dadurch erzeugten elektrischen Ladungen genutzt wird, dienen im zweiten Fall die Leuchteigenschaften von Festkör­ perleuchtstoffen dazu, die Röntgenstrahlung zunächst in nie­ derenergetische und insbesondere sichtbare Strahlung umzuwan­ deln. Diese kann dann über einen lichtempfindlichen Film oder einen Strahlungsdetektor für sichtbares Licht nachgewiesen werden.

Wegen ihrer kompakten und einfachen Bauform bei gleichzeitig hoher Ortsauflösung und Nachweisempfindlichkeit werden zuneh­ mend auch direkt konvertierende Detektoren zum Nachweis von Röntgen- und Gammastrahlung eingesetzt. Diese bestehen aus schweren und gut absorbierenden Halbleitermaterialien wie beispielsweise CdTe, HgI₂, PbI₂ und einigen anderen Verbin­ dungshalbleitern. In diesen Detektoren wird die Röntgenener­ gie durch interne Photoanregung unmittelbar in einen elektri­ schen Signalstrom umgesetzt.

Der einfachste Aufbau eines direkt konvertierenden Detektors ist ein Photoleiter aus einem durchgehend hochohmigen Halb­ leiter mit geringer intrinsischer Leitung. Der Dunkelstrom zwischen den beiden an gegenüberliegenden Seiten des Halblei­ terkörpers aufgebrachten Elektroden kann einerseits durch ei­ ne höhere Bandlücke des Halbleiters und andererseits durch Auswahl solcher Elektrodenmaterialien reduziert werden, die eine hinreichend hohe Schottky-Barriere zum Halbleiter auf­ bauen.

Eine weitere Reduktion des Dunkelstroms wird durch eine pin- Diodenstruktur oder durch eine p- bzw. n-Dotierung des Halb­ leiters unterhalb der Kontakte erzielt.

Ein weiteres Kriterium beim Aufbau eines direkt konvertieren­ den Röntgendetektors ist die Schichtdicke, in der die absor­ bierende aktive Halbleiterschicht ausgelegt ist. Eine voll­ ständige Absorption von Röntgenstrahlung erfordert eine aus­ reichende Halbleiterschichtdicke, beispielsweise 1 bis 2 mm beim Cadmiumtellurid. Ein Detektor mit einer Halbleiter­ schicht dieser Dicke weist jedoch elektronische Nachteile auf, da eine Vielzahl der durch die Strahlung generierten La­ dungsträger vor dem Erreichen der Elektroden durch Rekombina­ tion und vor allem durch Einfang an Haftstellen (trapping) verlorengehen. Dies reduziert den meßbaren Signalstrom. Au­ ßerdem können dadurch relativ viele Ladungsträger im Halblei­ ter zurückbleiben, beispielsweise die unbeweglicheren Löcher, die im Halbleiter eine positive Raumladung aufbauen. Dies führt zumindest zu einer Verformung bis hin zur vollständigen Abschirmung des außen angelegten elektrischen Feldes und in der Folge zu einer entsprechenden Verminderung des gemessenen Signalstroms. Darüber hinaus werden die im Halbleiter festge­ haltenen Ladungen insbesondere aus energetisch tiefgelegenen Haftstellen nur langsam wieder abgegeben (detrapping), so daß das Meßsignal auch bei Ausschalten der einfallenden Strahlung nur langsam abklingt. Damit wird die Ansprechzeit des Detek­ tors auf Intensitätsänderungen der einfallenden Strahlung für manche Anwendungen unzulässig verlängert. Bei einem Betrieb des Detektors mit gepulster Strahlung wird die maximal mögli­ che Pulsfrequenz verringert.

Aufgrund dieses Nachteils konnten bisher derartige direkt konvertierende Strahlungsdetektoren entweder nur bei relativ kleinen Röntgen- oder Gammaflüssen als Einzelquantenzähler eingesetzt oder bei Anwendungen verwendet werden, die träge und damit langsame Trapping- und Detrapping-Vorgänge zulie­ ßen. Im Zählbetrieb können dabei Einzelquanten bis zu Raten von mehreren 10⁵ Quanten/Sekunden aufgelöst werden. Für CdTe liegt der mittlere Photostrom und der Aufladungsstrom dann mit einigen 0,1 nA/mm² noch immer deutlich unter dem Dunkel­ strom von ca. 1 bis 10 nA/mm². Beim Einsatz als Einzelquan­ tenzählers kann das Halbleitermaterial in Verbindung mit der höheren Stromtragfähigkeit der zum Beispiel aus Gold beste­ henden Kontakte (ca. 100 nA/mm²) diese geringe nicht abge­ führte Restladung "ausheilen".

Für manche Anwendungen ist es jedoch erforderlich, daß der Detektor bei hoher Datenrate auf bis zu 10⁴ fach höhere Quan­ tenflüsse linear anspricht. Dabei wird eine Aufladung von bis zu 1 µA/mm² erreicht, die zwei Dekaden über dem Dunkelstrom liegt und nicht mehr in ausreichender Zeit ausgeglichen wer­ den kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen direkt konvertierenden Strahlungsdetektor insbesondere für hochener­ getische Strahlung anzugeben, der selbst bei einer hohen ak­ tiven Halbleiterschichtdicke, die im Bereich der mittleren freien Weglänge für die Ladungsträger liegt, eine verbesserte Ansprechgeschwindigkeit bei hoher Meßgenauigkeit zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Detektor nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zum Betrieb des Detektors sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.

Grundlegende Idee der Erfindung ist es, die an Fehlstellen im Halbleiter haftenden Restladungen durch zusätzliche Injektion entgegengesetzt geladener Ladungsträger zu kompensieren. Im Detektor wird dies durch eine auf einer Hauptfläche des Halb­ leiterkörpers zusätzlich aufgebrachte Injektorelektrode rea­ lisiert. Das Potential dieser Injektorelektrode wird dabei entsprechend der Polarität der eigentlichen Meßelektroden eingestellt, wobei jedoch die zwischen Injektorelektrode und zweiter (Gegen)-Elektrode anliegende Injektorspannung gerin­ ger ist als die zwischen erster und zweiter Elektrode anlie­ gende Betriebsspannung des Detektors.

Erste Elektrode und Injektorelektrode, die beide auf dersel­ ben Hauptfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet sind, wei­ sen eine Interdigitalstruktur auf. Das heißt, beide Elektro­ den sind strukturiert ausgebildet, wobei die Strukturelemente der beiden Elektroden ineinandergreifen, so daß sich eine al­ ternierende Anordnung der beiden Elektroden auf der Oberflä­ che ergibt. Dies hat den Vorteil, daß die Injektion von La­ dungsträgern zur Kompensierung von geladenen Haftstellen gleichmäßig über die Oberfläche erfolgt. Somit kann auch der so erzeugte sekundäre Dunkelstrom einen hohen Volumenanteil des gesamten Halbleiters durchfließen und dabei die dort haf­ tenden (Rest)Ladungen kompensieren. Je feinstrukturierter die Injektorelektrode ist, bzw. je feinteiliger die Interdigital­ struktur von Injektor- und erster Elektrode sind, um so höher ist das vom Injektorstrom erfaßte Volumen und damit die Kom­ pensierung von haftenden Restladungen. Damit ist die Kompen­ sierung auch unabhängig vom Flächenanteil der Injektorelek­ trode relativ zur ersten Elektrode. Das genannte Flächenver­ hältnis kann daher deutlich niedriger als 1 sein und bei­ spielsweise 0,1 bis 0,5 betragen. Durch den hohen Flächenan­ teil der ersten Elektrode ist garantiert, daß der Signalstrom nur unwesentlich reduziert wird.

Vorzugsweise wird für die Injektorelektrode ein Metall ausge­ wählt, welches zum Halbleiter eine für die zu injizierenden Ladungsträger niedrigere Schottky-Barriere ausbildet als das Metall der Signalelektrode bzw. der ersten Elektrode. Der Übergang der zu injizierenden Ladungsträger von der Injektor­ elektrode in den Halbleiterkörper wird damit erleichtert und erzeugt einen die Restladungen kompensierenden sekundären Dunkelstrom zwischen Injektorelektrode und zweiter Elektrode, der den Signalstrom aber nicht beeinflußt.

Da der erfindungsgemäße Detektor die Nachteile ausgleicht, die sich mit zunehmender Dicke des Halbleiterkörpers bzw. mit zunehmenden Abstand der Elektroden häufen, kann er flächen­ haft und in einer Dicke ausgeführt werden, die der zur Ab­ sorption der einfallenden Strahlung erforderlichen Absorp­ tionslänge entspricht.

Um mit dem Detektor gleichzeitig eine Ortsinformation über die einfallende Strahlung zu erhalten, ist die erste Elektro­ de in zumindest zwei, vorzugsweise jedoch in mehrere elek­ trisch voneinander getrennte Teilelektroden aufgeteilt, wobei der Signalstrom an jeder Teilelektrode unabhängig von den an­ deren Teilelektroden bestimmt werden kann. Da nur an den Teil­ elektroden ein Signalstrom gemessen werden kann, in deren Nähe ein Strahlungsquant im Halbleiterkörper absorbiert wur­ de, kann die einfallende Strahlung so ortsaufgelöst bestimmt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Halbleiterkörper ein Verbindungshalbleitermaterial mit hohem Einfangquerschnitt für hochenergetische Strahlung, also ein Material mit hoher Kernladungszahl. Bevorzugte Materialien sind daher Galliumarsenid und insbesondere Cadmiumtellurid. Für das letztgenannte Halbleitermaterial besteht eine bevor­ zugte Elektrodenkombination aus Indium und Gold oder Platin. Indium bildet zum Cadmiumtellurid einerseits eine niedrige Schottky-Barriere für Elektronen aus und erzeugt außerdem durch Eindiffusion im Cadmiumtellurid eine n-leitende Dotie­ rung. Gold und Platin dagegen bauen auf Cadmiumtellurid eine gegenüber Indium höhere Schottky-Barriere für Elektronen auf.

In einem Halbleiterkörper aus p-leitendem Cadmiumtellurid können dann Injektor- und zweite Elektrode aus Indium ausge­ führt werden, und die erste Elektrode aus Gold oder Platin. Unter der zweiten Elektrode wird dabei eine n-Dotierung er­ halten und damit der pn-Übergang erzeugt. Unterhalb der aus Indium bestehenden Injektorelektrode ist die p-Dotierung des Halbleiterkörpers durch eindiffundiertes Indium kompensiert.

Zum Betrieb des erfindungsgemäßen Detektors wird an erste und zweite Elektrode eine Betriebsspannung in Sperrichtung ange­ legt, die üblicherweise im Bereich von 10 bis 100 Volt ausge­ wählt ist. Vorzugsweise wird ein hochwertiges, daher stör­ stellenarmes und hochohmiges Halbleitermaterial ausgewählt. Intrinsisches Cadmiumtellurid besitzt beispielsweise einen spezifischen Widerstand von 10⁹ Ω·cm, so daß bei ca. 1 bis 2 mm Halbleiterdicke eine Spannung von 50 Volt geeignet ist, um einen gut meßbaren Signalstrom zu erhalten.

Das an die Injektorelektrode anzulegende Potential führt zu einer ebenfalls in Sperrichtung ausgebildeten Injektorspan­ nung, die geringer gewählt wird als die Betriebsspannung. Durch das genaue Verhältnis der Injektorspannung relativ zur Betriebsspannung wird das Ansprechverhalten des erfindungsge­ mäßen Detektors optimiert. Eine relativ höhere Injektorspan­ nung führt zu einem höheren sekundären Dunkelstrom, zu einer schnellen Kompensierung von Restladungen, die nach der Ab­ sorption von Strahlung im Halbleiterkörper haften und damit zu einem schnellen Abklingen des Meßsignals. Gleichzeitig wird auch die maximale Höhe des meßbaren Signals reduziert. Die Optimierung stellt dann einen Kompromiß dar zwischen ei­ nem schnelleren Abklingen des Signalstroms und einer damit möglichen höheren Meßfrequenz einerseits sowie einem hohen Meßsignal und damit einer hohen Empfindlichkeit des Detektors andererseits.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels und der dazugehörigen sechs Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Detektor im schemati­ schen Querschnitt.

Fig. 2 zeigt mögliche Anordnungen für eine interdigitale Elektrodenstruktur und

Fig. 3 und 4 zeigen eine schematische Potentialverteilung in einem ersten Detektor.

Fig. 5 und 6 zeigen eine schematische Potentialverteilung in einem zweiten Detektor.

Als vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird im fol­ genden ein Detektor mit einem Halbleiterkörper aus Cadmium­ tellurid beschrieben.

Fig. 1: Der zum Beispiel plättchenförmige Halbleiterkörper 1 besteht aus p⁻-CdTe und besitzt eine Dicke d von beispiels­ weise 1,5 mm. An der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 ist eine schmale und zum Beispiel streifenförmig ausgebil­ dete erste Elektrode 2 sowie eine relativ dazu schmalere und zum Beispiel ebenfalls streifenförmig ausgebildete Injektore­ lektrode 3 aufgebracht. In der Fig. 1 ist von der ersten Elektrode 2 nur ein Streifen dargestellt, der beiderseits von zwei relativ dazu schmaleren Streifen der Injektorelektrode benachbart ist. Als Material für die erste Elektrode 2 dient eine dünne Goldschicht von beispielsweise 1 µm Dicke, während die Injektorelektrode 3 aus einer ca. 1 µm dicken Indium­ schicht aufgebaut ist. Auf der gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche des Halbleiterkörpers 1 befindet sich die zweite Elektrode 4, die beispielsweise aus einer ganzflächig aufge­ brachten dünnen Indiumschicht besteht.

Unterhalb der Injektorelektroden 3 befindet sich ein n­ dotiertes Gebiet 6 und unterhalb der zweiten Elektrode 4 ein n-dotiertes Gebiet 5, welches beispielsweise durch Eindiffu­ sion von Indium aus den Elektroden in den Halbleiterkörper entstanden ist. Auf diese Weise bildet sich sowohl zwischen erster Elektrode 2 und Injektorelektrode 3 als auch zwischen erster und zweiter Elektrode 4 jeweils ein sperrender pn- Übergang aus. Zusätzlich werden sowohl Injektorelektrode 3 als auch erste Elektrode 2 relativ zur zweiten Elektrode 4 als Kathode geschaltet. Im Ausführungsbeispiel ist die zweite Elektrode 4 daher auf Erdpotential, der elektrische Anschluß 7 für die Injektorelektrode auf -45 Volt und der elektrische Anschluß 8 für die erste Elektrode auf -50 Volt gelegt. So­ mit ist die an der Injektorelektrode 3 relativ zum Erdpoten­ tial anliegende Injektorspannung um 10 Prozent niedriger als die an der ersten Elektrode 2 relativ zum Erdpotential anlie­ gende Betriebsspannung. In der Figur nur andeutungsweise dar­ gestellt ist ein parallel geschaltetes und mit den Elektroden 2 und 4 verbundenes Meßgerät 9.

Sobald die Elektroden auf dem angegebenen Potential liegen, werden von der Injektorelektrode 3 Elektronen in den Halblei­ terkörper 1 injiziert, die entlang der angedeuteten Strompfa­ de 10 zu der auf positiverem Niveau liegenden zweiten Elek­ trode 4 fließen. Dieser injizierte (sekundäre) Dunkelstrom ist unabhängig von einer einfallenden äußeren Strahlung und wird durch die niedrige Schottky-Barriere zwischen der Injek­ torelektrode 3 und dem Halbleiterkörper 1 begünstigt. Die im Bereich dieser Strompfade 10 liegenden positiv geladenen Haftstellen im Inneren des Halbleiterkörpers 1 werden durch diesen injizierten Dunkelstrom entladen und damit unwirksam gemacht. Der Volumenanteil im Halbleiterkörper 1, der von diesem injizierten Dunkelstrom erfaßt wird, ist um so größer, je feinteiliger die aufgebrachten Elektrodenstrukturen für Injektorelektrode 3 und erste Elektrode 2 sind und je gerin­ ger der dazwischenliegende Abstand bemessen wird.

Fig. 2 zeigt in schematischer Draufsicht mögliche interdigi­ tale Elektrodenanordnungen auf der ersten Hauptfläche.

Fig. 2a zeigt eine einfache Ausführung, bei der sowohl In­ jektorelektrode 3 als auch erste Elektrode 2 als kammartige Strukturen ausgebildet sind, deren Zähne gegenseitig ineinan­ dergreifen.

Eine weitere Möglichkeit zur Strukturierung der Elektroden auf der ersten Hauptfläche ergibt sich durch jeweils spiral­ förmig und parallel zueinander ausgerichtete Anordnung von Injektor- und erster Elektrode wie in Fig. 2b dargestellt. Auf jeder Schnittfläche vertikal zur dargestellten Elektrode­ nebene erhält man eine alternierende Abfolge der beiden Elek­ trodenstrukturen 2 und 3, wie ausschnittsweise in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig. 2c zeigt eine weitere Elektrodenanordnung, bei der die beiden Elektroden wiederum kammartig ineinandergreifen. Als prinzipieller Unterschied zu den Ausführungen gemäß Fig. 2a und 2b ist hier die erste Elektrode 2 in zwei elektrisch voneinander getrennte unabhängige Teilelektroden 2a und 2b aufgeteilt, die voneinander unabhängige Signalströme messen können. In Abhängigkeit von dem Ort, an dem durch einfallende Strahlung Ladungsträgerpaare erzeugt werden, gelingt so ein ortsaufgelöster Nachweise der einfallenden Strahlung. Je nach der Größe des Halbleiterkörpers 1 bzw. der zur Verfügung ste­ henden Fläche kann die erste Elektrode 2 auch eine größere Anzahl von Teilelektroden umfassen, die in einer Reihe neben­ einander oder über die Fläche verteilt eine ein- oder zweidi­ mensionale Ortsauflösung einer einfallenden Strahlung ermög­ lichen.

Die Fig. 3 zeigt dreidimensional einen Potentialverlauf für Ladungsträger über der in Fig. 1 dargestellten Schnittebene durch einen Detektor. Die Ortskoordinaten der Schnittebene entsprechen der x- und der y-Achse, während über der z-Achse die potentielle Energie E der Elektronen 13 im Leitungsband dargestellt ist. Dieser Wert entspricht mit umgekehrtem Vor­ zeichen der potentiellen Energie für Löcher 14 im Valenzband. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, besteht zwischen erster Elektrode 2 und Injektorelektrode 3 einerseits und der zwei­ ten Elektrode 4 andererseits ein Potentialgefälle, ein zwei­ tes geringeres dagegen zwischen erster Elektrode 2 und Injek­ torelektrode 3. Die genaue Höhe der (Energie)-Potentiale über den Elektroden 2, 3 und 4 ergibt sich allein aus dem angeleg­ ten elektrischen Potential, während das Energiepotential E über dem Halbleiterkörper 1 bzw. über der dargestellten Schnittfläche des Halbleiterkörpers 1 zusätzlich noch von der vorherrschenden Dotierung und dem sich dadurch aufbauenden inneren Feld des pn-Übergangs verstärkt wird. Der relativ ho­ he Potentialwall in der Nähe der Schnittfläche von erster Elektrode 2 zu Halbleiterkörper 1 geht auf die Schottky- Barriere (für Elektronen) zurück, die das verwendete Elektro­ denmaterial (Gold oder Platin) zum Halbleiterkörper 1 (CdTe) aufbaut. Ein relativ dazu deutlich geringerer Potentialwall entsteht an der Grenzfläche zwischen Injektorelektrode 3 und Halbleiterkörper 1.

In der Fig. 3 bereits dargestellt sind Ladungsträgerpaare 13/14, die sich aufgrund einer entlang des Pfeils 12 einfal­ lenden hochenergetischen Strahlung im Halbleiterkörper 1 ge­ bildet haben. Entsprechend dem für den jeweiligen Ladungsträ­ gertyp geltenden Potentialgefälle bewegen sich diese nun zu den Elektroden mit dem für sie niedrigsten Energiepotential, im vorliegenden Fall zu zweiter Elektrode 4 und erster Elek­ trode 2. Weiterhin sind im Bild symbolisch Fehlstellen 15 dargestellt, die Ladungsträger eines bestimmten Typs einfan­ gen und zurückhalten können. Auch wenn keine weitere Strah­ lung 12 mehr einfällt, bleiben so im Halbleiterkörper 1 gela­ dene Zustände 15 zurück.

In Fig. 4 ist der sekundäre Dunkelstrom durch Pfeile 11 und Ladungssymbole 13 dargestellt. Er wird unabhängig von einfal­ lender Strahlung 12 durch Injektion von Elektronen 13 aus den Injektorelektroden 3 in den Halbleiterkörper 1 erzeugt. Ein Teil der injizierten Elektronen wird von den geladenen Zu­ ständen 15 eingefangen und kann diese kompensieren. Die übri­ gen Elektronen wandern zur zweiten Elektrode 4 ab. Da dieser Dunkelstrom nahezu ausschließlich zwischen Injektorelektrode 3 und zweiter Elektrode 4 fließt, führt er nicht zu einem Meßsignal des zwischen erster Elektrode 2 und zweiter Elek­ trode 4 anliegenden Meßgeräts 9. Dieses spricht ausschließ­ lich auf den strahlungsinduzierten "Photostrom" an, dessen Entstehung wie eben erläutert in Fig. 3 dargestellt ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an­ genommen, daß die Fehlstellen (traps) im Halbleiterkörper ne­ gativ aufgeladen werden können. Da diese Traps 16 nur durch Injektion von positiv geladenen Ladungsträgern (Löchern) 14 kompensiert werden können, ist für diesen Fall eine im Ver­ gleich zum ersten Ausführungsbeispiel gegensätzliche Polung sämtlicher Elektroden erforderlich. Bei einer beispielsweise wiederum auf Nullpotential liegenden zweiten Elektrode 4 müs­ sen in diesem Fall erste Elektrode 2 und Injektorelektrode 3 auf relativ dazu positives Potential gelegt werden. Auch hier gilt, daß die zwischen Injektorelektrode 3 und zweiter Elek­ trode 4 anliegende Injektionsspannung beispielsweise 10 Pro­ zent unterhalb der Betriebsspannung gewählt wird, die zwi­ schen erster und zweiter Elektrode 2, 4 anliegt. Die Injekto­ relektrode 3 besteht aus einem Material, das zum Halbleiter­ körper eine niedrige Schottky-Barriere (für Löcher!) ausbil­ det als die erste Elektrode 2.

Fig. 5 zeigt den Potentialverlauf über einer Querschnitts­ fläche durch einen solchen Detektor. Auf der z-Achse ist die potentielle Energie für Löcher dargestellt, während die x- und die y-Achse die zweidimensionalen Ortskoordinaten der dargestellten Schnittfläche angeben. Auch ein solcher Detek­ tor läßt sich mit einem aus Cadmiumtellurid bestehenden Halb­ leiterkörper 1 mit pin-Diodenstruktur darstellen. Die Orien­ tierung bzw. Richtung des Halbleiterübergangs ist so, daß das entstehende innere Feld durch das angelegte äußere Potential verstärkt wird. Das n-dotierte Gebiet liegt daher unterhalb der zweiten Elektrode 4.

Die durch die Strahlung 12 injizierten Ladungsträgerpaare 13/14 werden wie im ersten Ausführungsbeispiel an den Elek­ troden 2, 4 gesammelt, wobei hier jedoch die Elektronen 13 an der ersten Elektrode 2 und die Löcher 14 an der zweiten Elek­ trode 4 gesammelt werden.

In Fig. 6 ist wiederum ausschließlich der sekundäre Dunkel­ strom 11 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel werden von der Injektorelektrode 3 positive Ladungsträger 14 in den Halbleiterkörper 1 injiziert, um die negativ geladenen Traps 16 zu kompensieren. Auch dieser Dunkelstrom 11 führt zu kei­ nem Meßsignal bei dem an erster und zweiter Elektrode ange­ schlossenen Meßgerät 9. Die Interdigitalstruktur ermöglicht auch hier, daß der sekundäre Dunkelstrom einen hohen Volumen­ anteil des Halbleiterkörpers durchfließen kann.

Der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor zeigt sowohl ein gu­ tes Ansprechverhalten für einfallende Strahlung als auch ein schnelles Abklingen des Signals nach dem Ausschalten der Strahlung. Dies ermöglicht eine schnelle Messung bzw. eine hohe Meßfrequenz bei gepulster Strahlung. Da diese Meßfre­ quenz nun nicht mehr von einem dicker werdenden Halbleiter­ körper abhängig ist, kann dieser in einer der Absorptionslän­ ge entsprechenden Dicke ausgeführt werden. Dies garantiert ein hohes Meßsignal und damit einen empfindlichen Detektor. Wird der Detektor zum Nachweis von Röntgenstrahlung betrie­ ben, so ist eine erhöhte Meßfrequenz möglich. Gegenüber nicht direkt konvertierenden Detektoren auf der Basis von Leucht­ stoffen oder Ionisationsröhren besitzt der Detektor einen we­ sentlich vereinfachten Aufbau. Zusätzlich erlauben die Kon­ struktionsmerkmale des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors eine einfache Herstellung von Detektorzeilen oder Detektorar­ rays, mit denen eine ein- oder zweidimensionale Ortsauflösung des einfallenden Strahlungssignals möglich ist.

Claims (12)

1. Detektor für eine Strahlung

• - mit einem Halbleiterkörper (1),
• - mit erster (2) und zweiter Elektrode (4) aufeinander ge­ genüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen des Halb­ leiterkörpers zum Anlegen einer Betriebsspannung,
• - mit einer Meßvorrichtung (9) zum Bestimmen des durch die Strahlung generierten Signalstroms zwischen erster und zweiter Elektrode,
• - mit einer zusätzlichen Injektorelektrode (3) auf der ersten Hauptfläche zum Anlegen einer Injektionsspannung zwischen Injektorelektrode und zweiter Elektrode und zur Erzeugung eines von der Strahlung unabhängigen Dunkelstroms (10),
• - wobei erste Elektrode und Injektorelektrode als Interdigi­ talstruktur ausgebildet sind und
• - wobei die Betriebsspannung größer ist als die Injektions­ spannung und die Spannungen an den Elektroden je nach An­ wendung des Detektors unabhängig voneinander eingestellt werden können.

2. Detektor nach Anspruch 1, bei dem die Materialien für die Elektroden unterschiedlich sind und so ausgewählt sind, daß die Injektorelektrode (3) zum Halbleiter (1) eine niedrigere Schottky Barriere für die zu injizierenden Ladungsträger ausbildet als die erste Elek­ trode (2).

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Halbleiterkörper (1) eine pn oder eine pin Struk­ tur besitzt.

4. Detektor nach Anspruch 3, bei dem unterhalb der Injektorelektrode (3) ein begrenzter Bereich (6) mit einer Dotierung eines ersten Leitfähig­ keitstyps vorgesehen ist, der der Dotierung unterhalb der er­ sten Elektrode (2) entgegengesetzt ist.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Flächenverhältnis von erster Elektrode (2) zur Injektorelektrode (3) deutlich größer als 1 ist.

6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste Elektrode (2) in zumindest zwei elektrisch getrennte Teilelektroden (2a, 2b) aufgeteilt ist, wobei der Signalstrom an jeder Teilelektrode unabhängig bestimmt werden kann.

7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Halbleiterkörper (1) Cadmiumtellurid umfaßt.

8. Verfahren zum Betrieb eines Detektors nach Anspruch 1,

• - bei dem zwischen erster (2) und zweiter Elektrode (4) eine Betriebsspannung eingestellt wird,
• - bei dem zwischen Injektorelektrode (3) und zweiter Elektro­ de (4) eine niedriger als die Betriebsspannung gewählte In­ jektionsspannung eingestellt wird,
• - bei dem der Detektor einer gepulsten Strahlung ausgesetzt wird,
• - bei dem ein durch die Strahlung generierter Signalstrom zwischen erster und zweiter Elektrode bestimmt wird und
• - bei dem bei gegebener Betriebsspannung die Injektions­ spannung so eingestellt wird, daß das Signal hinreichend schnell auf die Strahlungsmodulation reagiert,
• - bei dem die Höhe des Signalstroms der Intensität der Strah­ lung zugeordnet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zum Ausgleich von im Halbleiterkörper (1) haftenden Ladungen einer Polarität die Injektorelektrode (3) auf ein den Ladungen entgegengesetztes Potential gelegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Injektionsspannung ca. 10% niedriger als die Be­ triebsspannung eingestellt wird.

11. Verwendung des Detektors nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum schnellen Nachweis von Röntgenstrahlung.

12. Verwendung des Detektors nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in der medizinischen Röntgendiagnostik.