Le prestazioni dei rivelatori a scintillazione
 Contatori a scintillazione  Utilizzo in astronomia X

Fotodiodi

Come rivelatori di luce alternativi ai fototubi, si sono recentemente affermati i fotodiodi. In questo caso il principio di rivelazione della luce é fondamentalmente diverso dai tubi fotomoltiplicatori. L'elemento sensibile alla luce é costituito da un semiconduttore, generalmente silicio, di tipo PIN. Con questa sigla si indica un wafer di Silicio nel quale si possono individuare tre strati: uno strato drogato con elementi di tipo P (As o Sb), detto strato ``n''; uno strato intermedio di silicio puro (``intrinseco''); ed infine uno strato drogato con elementi B (Al, Ga, In), detto strato ``p''.
                                                                  Figura 4.3: schema di principio di un fotodiodo
 
 

La porzione sensibile del fotodiodo é lo strato di Si intrinseco. I fotoni di luce che vengono qui assorbiti hanno tipicamente un'energia di 3-4 eV. Il gap di banda nel silicio é dell'ordine di 1 eV (1.12 eV a 300^oK), quindi le interazioni dei fotoni di luce visibile nel Si intrinseco ionizzano il materiale dando luogo alla formazione di coppie di ioni positivi ed elettroni (coppie ``buca-elettrone'') che rispettivamente migrano verso il materiale di tipo ``p'' e verso il materiale di tipo ``n''

Rispetto all'uso convenzionale dei fototubi, i fotodiodi presentano vantaggi e svantaggi:
 

 
  vantaggi

• l'efficienza quantica é estremamente elevata e può raggiungere e superare anche il 70%: un valore assolutamente irraggiungibile con i tubi fotomoltiplicatori - vedremo che l'efficienza quantica ha un effetto primario e diretto sulle prestazioni spettroscopiche del rivelatore a scintillazione, cioé sulla sua risoluzione energetica
• la tensione applicata é dell'ordine delle diecine di Volt: quindi non si usa alta tensione
• i fotodiodi sono estremamente lineari in risposta
• l'efficienza quantica rimane elevata per un ampio intervallo di lunghezze d'onda
• sono insensibili ai campi magnetici

 
 
 

 
  svantaggi

• il segnale ottenuto é di ampiezza di alcuni ordini di grandezza inferiore rispetto al segnale ottenuto da un fototubo
• comparativamente al segnale la corrente oscura (provocata dalla generazione spontanea di coppie buca-elettrone per processi principalmente termici all'interno del fotodiodo) é relativamente alta a temperatura ambiente - ha una ripida dipendenza dalla temperatura e si riduce rapidamente raffreddando il fotodiodo
• data la piccola ampiezza del segnale ottenuto, il rumore proveniente dal preamplificatore non é più trascurabile, come nel caso dei segnali provenienti dai tubi fotomoltiplicatori - l'accoppiamento fra fotodiodo e preamplificatore é un dettaglio critico di progettazione
• interferenze elettromagnetiche, ad esempio generate da radiofrequenze, possono contribuire in modo non trascurabile al rumore del fotodiodo - opportune schermature sono quindi indispensabili

 
 

5/13/1998