Félvezetõ
detektorok mûködése a szilárd
anyagok sávszerkezetével (energy band structure) és
a félvezetõ p-n átmenettel (rétegdiódával,
p-n semiconductor junction) kapcsolatos. Ha egy félvezetõ
kristályban mindkét (mind p-, mind n-) típus jelen
van és megfelelõen érintkezik, akkor megindul a két
típusban eltérõ koncentrációban lévõ,
szabad elektronok és lyukak diffúziója. Az
elektronok egy része az n-típusú félvezetõbõl
a p-típusú félvezetõbe vándorol és
ott többlet lyukakat tölt be, míg a lyukak egy része
a p-típusú félvezetõbõl az n-típusú
félvezetõbe vándorol és ott többlet elektronokat
fog be. Ennek következtében egy speciális, ún.
kiürített
réteg (depleted zone) keletkezik a "kontaktus" határán,
amelyben nincsenek szabad töltéshordozók. Tekintettel
arra, hogy mindkét típusú félvezetõ
elektromosan semleges volt, a lyukbetöltéssel és elektronbefogással
felborul a töltésegyensúly és elektromos tér,
feszültség (contact potential) jön létre a térrészben.
A feszültség egyébként a diffúzió
ellen hat. Ha a kiürített
rétegben szabad töltéshordozók keletkeznek,
akkor azokat az elektromos tér szétválasztja és
összegyûjti, így a megfelelõ kontaktusokkal felszerelt
félvezetõben áramimpulzus észlelhetõ.
A kiürített rétegben keletkezett elektromos feszültség
és a réteg vastagsága azonban viszonylag kicsi (rendre
általában 1 V és 100 mm
nagyságrendû), ami miatt az ilyen összeállítás
általában nem elégséges detektálás
céljaira. Ráadásul a kiürített réteg
viszonylag nagy kapacitással is rendelkezik, ami megnöveli
a keletkezõ elektromos jel zaját.
Ha azonban a
p-n átmenetre külsõ, záróirányú
feszültséget (reverse bias) kapcsolunk megnövelve
az eddigi, spontán kialakult feszültséget, vagyis a
p-típusú félvezetõre (amelyben a fõ
töltéshordozók a lyukak) negatív feszültséget,
az n-típusú félvezetõre (amelyben a fõ
töltéshordozók az elektronok) pozitív feszültséget
kapcsolunk, akkor a negatív feszültség a lyukakat, míg
a pozitív feszültség az elektronokat vonzza, tehát
mindkettõt eltávolítja a határrétegtõl.
Ennek eredményeként a kiürített réteg
vastagsága és ezzel együtt a detektor érzékeny
térfogata megnövekszik. Nagyobb feszültség nagyobb
kiürített rétegvastagságot eredményez,
sõt hatásosabb töltésösszegyûjtést
is jelent. A feszültség felsõ határát
a félvezetõ kristály belsõ ellenállása
szabja meg.
A p- és az n-típusú
félvezetõk, valamint a kiürített réteg
létrehozását egyetlen monokristályban kell
megvalósítani. A félvezetõ típusokat
általában vákuumgõzöléssel és
diffúzióval vagy ion implantációval alakítják
ki. A kiürített réteg létrehozásának
módja szerint megkülönböztetünk