Telluriuro di cadmio  Contatori a stato solido  Un rivelatore per astronomia

Altri materiali

Oltre a Si e Ge, altri materiali offrono ottime prestazioni spettroscopiche e sono potenzialmente utilizzabili in astronomia X e $\gamma$.

 Un uso a temperatura ambiente dei rivelatori a stato solido richiede che il valore del gap fra la banda di valenza e la banda di conduzione sia superiore a circa 1.3 eV. Tuttavia per energie relativamente più alte la situazione non é più favorevole, dato che un alto gap provoca anche un'alta probabilità di trapping ed un'alta energia necessaria alla creazione di una coppia buca/elettrone. I valori ottimali si situano fra 1.5 e 2.2 eV.

CdTe e HgI₂ offrono alcuni vantaggi rispetto ai rivelatori più tradizionali di germanio. Rivelatori composti da questi materiali possono essere utilizzati a temperatura ambiente, rendendo la realizzazione del rivelatore per uso astronomico assai semplificata (non dovendo aggiungere un sistema di raffreddamento, che inoltre é, come abbiamo visto, a durata limitata). Questo é dovuto al valore della differenza delle energie fra la banda di valenza e di conduzione che é 1.5 eV per CdTe e 2.1 eV per HgI₂.

Inoltre rispetto al germanio, i materiali sono più densi e con componenti di alto numero atomico, e quindi di alta opacità in raggi X e $\gamma$.

 
 

 
 
 

 
 

Tuttavia questi materiali hanno, per il momento, anche alcuni svantaggi non trascurabili.

In particolare la scarsa mobilità delle cariche e l'alta probabilità di intrappolamento rendono difficile l'uso di questi materiali con spessori relativamente elevati, quali quelli necessari per la rivelazione di radiazione X al di sopra di 20 keV.

Infatti la densità di centri di intrappolamento di cariche é affetta dalla presenza di impurità e da difetti stechiometrici. Questi difetti che introducono livelli discreti nel gap di banda, portano a drastici effetti su vari parametri essenziali per la rivelazione della radiazione, come la vita media dei portatori di carica, l'efficienza di raccolta di carica, la mobilità e l'energia di creazione delle coppie buca/elettrone. Due quantità sono utili per quantificare questi effetti: la vita media dei portatori di carica prima dell'intrappolamento $\tau$ e la densità di centri di trapping N_T. Si può dimostrare che il trapping é trascurabile se N_T<10¹⁰ cm^-3 e se $\tau \gt 10^{-6}$ s.
 

 
 
 

 
 

I composti semiconduttori sono in genere più difficili da trattare di Si o Ge. In particolare, data la natura binaria dei materiali, ogni scostamento dal perfetto equilibrio stechiometrico ha forti effetti sulle proprietà elettriche e di trasporto di carica.

Tecniche di trattamento del segnale e di correzione dei dati sono state realizzate per il telluriuro di cadmio, fornendo prestazioni spettroscopiche molto soddisfacenti.

Inoltre nuove tecniche di crescita dei cristalli ne migliorano la qualità, riducendo la presenza di impurità, di difetti stechiometrici e di altri problemi legati alla natura di bicomponente di questi materiali.
 

5/13/1998