Rivelatori di diamante artificiale operanti ad alta temperatura per la diagnostica neutronica di plasmi termonucleari

Nel presente capitolo verranno richiamate le proprietà fisiche del diamante, la sua struttura cristallina e i principali aspetti connessi con il trasporto dei portatori di carica elettrica nel cristallo.

Tali proprietà giocano un ruolo molto importante nella rivelazione della radiazione incidente, la quale interagendo con il cristallo produce delle cariche libere che sotto l’azione di un campo elettrico esterno vengono trasportate e raccolte dagli elettrodi del rivelatore e vanno a costituire il segnale elettrico utile ai fini della rivelazione.

Dal punto di vista elettrico il diamante è un isolante: tuttavia, talvolta ci si riferisce al diamante come ad un “semiconduttore ad ampia banda proibita”, per via delle sue analogie con i semiconduttori convenzionali come germanio e silicio. Il diamante mostra infatti la stessa struttura cristallografica dei due semiconduttori ampiamente utilizzati per la rivelazione di radiazioni ionizzanti, sebbene i parametri reticolari siano diversi per via dei legami covalenti molto più resistenti.

Inoltre, alcuni tipi di diamante (detti IIb), i quali contengono una certa concentrazione di oro, naturali o ottenuti mediante drogaggio artificiale, mostrano addirittura proprietà semiconduttive di tipo p.

Premettendo tale distinzione rispetto ad un semiconduttore tradizionale, in seguito spesso ci si riferirà al diamante anche come ad un semiconduttore. Gli ultimi paragrafi del capitolo sono dedicati agli aspetti che modificano le proprietà di trasporto di carica del cristallo di diamante “perfetto”, utili per comprendere il comportamento reale del rivelatore, quali i difetti del reticolo cristallino, la giunzione con gli elettrodi metallici e gli stati di superficie del cristallo.