كاشفات الليثيوم المنتشر في الجرمانيوم أو السيليكون

تستخدم كاشفات الليثيوم المنتشر في الجرمانيوم (Ge(Li لقياس طاقات أشعة γ وذلك لكبر العدد الذري للجرمانيوم (حيث يتناسب التأثير الكهروضوئي مع ⁴Z). أما كاشفات الليثيوم المنتشر في السيليكون (Si(Li فتستخدم لقياس طاقات أشعة X أو جسيمات β وتتشابه كل من هذه الكاشفات في نظرية العمل والتشغيل ولذلك نختار كاشف (Ge(Li للحديث عنه.

عند تحضير بلورات من الجرمانيوم أو السيليكون فإنها تصبح أنماطاً موجبة وذلك لوجود شوائب لا يمكن التخلص منها عند الظروف العادية. ومن ثم فإنه للحصول على بلورة نقية علينا معادلة الشحنات الموجبة مع السالبة وبالتالي نضيف مادة شائبة معطية مثل الليثيوم. ثم نقوم بعد ذلك بنشر المزيد من الليثيوم خلال أحد وجهي بلور: نمط موجب. وهكذا تأخذ ذرات الليثيوم في الازدياد بالنسبة لعدد ذرات المادة القابلة الأصلية وبالتالي تتكون على هذا الوجه طبقة من النمط السالب. ومن ثم نحصل على وصلة السالب - المرجب. ثم نضع بعد ذلك جهداً معاكساً على الوصلة وفي نفس الوقت نقوم برفع درجة حرارة البلورة وذلك لإثارة حركية إيونات الليثيوم التي تأخذ في الانتشار ببطء خلال النمط الموجب ويزداد عدد هذه الإيونات بالنسبة لعدد القابلات الشائبة الأصلية. وقد يحتاج هذا التفاعل إلى بضعة أيام أو أسابيع عند درجة حرارة C 60. وينتج عما سبق وجود قطاعات متعادلة (لا تحتوي على حاملات شحنات حرة الحركة) تمتد إلى مسافة تتراوح بين 8-10 مليمتر داخل البلورة. وقد وجد أن حركية إيونات الهيليوم كبيرة في الجرمانيوم عند درجة حرارة الغرفة وهذا يعني أنه فور تكون القطاع المتعادل داخل الجرمانيوم فإنه ينبغي حفظ البلورة دائماً عند درجة النيتروجين السائل (k77) وتشغيلها كذلك عند هذه الدرجة. أما إذا ارتفعت درجة الحرارة عن درجة التبريد فإن إيونات الليثيوم ستبدأ في الانتشار مرة أخرى خلال البلورة وتعيد توزيع نفسها فيها ومن ثم تختفي المنطقة الخاوية ويتلف الجهاز.

أما في السيليكون، فإن حركية إيونات الليثيوم تعتبر صغيرة إلى درجة تسمح معها بتخزين وأحياناً شغيل كاشفات (Si(Li عند درجة حرارة الغرفة. يبين الشكل (1) تركيب كاشف وصلة موجب - ذاني - سالب لليثيوم المنتشر

الشكل (1)

في الجرمانيوم. يعمل الليثيوم المتراكم عند الوجه الذي بدأت منه عملية الانتشار كطبقة يمكن استخدامها كوصلة كهربية يوضع عليها الجهد الموجب. والإشارة الموجبة على هذا النمط (⁺n) تعني أن هناك عدد فائق من هذا النمط السالب (أنظر الشكل (1)). أما القطاع الموجب - الغير متعادل - في الطرف المقابل للبلورة فإنه يقوى ويرسب عليه موصل معدني يستخدم للتوصيل أما عمق البلورة بين هاتين الطبقتين فيشكل منطقة الليثيوم المنتشر التي تعرف بالقطاع الذاتي Intrinsic Region وهي عبارة عن الحجم الحساس للكاشف بعمق يصل إلى 15 ملم.

توجد العديد من أشكال هذه الكاشفات إذ يمكن تحضير كاشف مسطح Planer Detector كما توجد الكاشفات المحورية Coaxial Detector ذات الحجوم الكبيرة التي قد يصل الحجم الحساس لها cm³150. كما ويمكن هو بئر داخل البلورة وينتج لدينا ما يعرف بكاشف البئر (Well Type Detector) وكما أشرنا آنفاً فإنه يجب حفظ وتشغيل هذه الأجهزة عند درجة حرارة منخفضة (درجة حرارة النيتروجين السائل) ولذلك يجب أن يزود الجهاز بحاوية تحوي نيتروجين سائل بحيث يجب إعادة ملئها كلما انخفض مستوى النيتروجين فيها. ولذلك يحتاج شغيل هذه الأجهزة إلى استعدادات خاصة و تكلفة ليت بالزهيدة. مما اضطر الباحثين للبحث عن بديل مناسب. ومع تقدم التقنية ظهرت إلى الوجود كاشفات الجرمانيوم عالي النقاوة HPGe) High - Pyurity Ge Dectectors) بحيث يمكن تخزين البلورة عند درجة حرارة الغرفة، أما تشغيلها فلا بأس أن يكون عند درجة النيتروجين السائل.