半導体検出器
バンド理論によれば、普通の状態において半導体は伝導帯(conduction band)に伝導電子が存在しないことから電圧をかけても電流は流れない。しかし、価電子帯(valence band)のエネルギーレベルにある電子になんらかの方法でエネルギーを与えることで、その電子を伝導帯のエネルギーレベルにバンドギャップを超えて励起させることができれば、半導体材料に電圧をかけることで電流が流れるようになる。
放射線が物質に入射するとその相互作用により電子が発生するが、この電子が半導体材料中の価電子帯のエネルギーレベルにある電子にエネルギーを与えることで伝導帯への励起が発生する。ここで半導体材料に電圧がかかっていれば放射線の入射を契機として電流が流れることとなる。これは半導体材料へ放射線が入射する状況の電気信号への変換に他ならず、半導体検出器は動作原理としてこれを利用している。
半導体材料中で吸収される放射線のエネルギーを E、1個の電子正孔対を作るのに必要な平均エネルギーを ε、生成される電子正孔対の数を n とする。このとき、以下のような関係
n = E ε {\displaystyle n={\frac {E}{\epsilon }}}
が成り立つ。ここで、一定の入射エネルギー E に対して生じる電子正孔対の数 n が多いほどエネルギー分解能は高い。半導体は ε の値が低いため、n の値が多くなり必然的にエネルギー分解能が高くなることになる。