En estos sistemas los rayos x registrados son convertidos en pulsos cuya altura es proporcional a la energía depositada, al igual que en los contadores proporcionales que vimos en la sección anterior. En la actualidad se utilizan semiconductores en cuya estructura de bandas se tiene completa la de valencia, de modo que cuando un electrón alcanza la banda de conducción se comporta como una carga libre, mientras que el hueco que queda en la banda de valencia se comporta como una carga positiva móvil. El material más utilizado para estos dispositivos es el silicio, aunque muchos se diseñan también con germanio.
El proceso de detección consiste esencialmente en la absorción fotoeléctrica de la radiación, dando lugar --además de la correspondiente emisión característica posible-- a fotoelectrones y electrones Auger que disipan su energía en parte llevando electrones de la banda de valencia a la de conducción. La llegada de un fotón entonces origina un breve pulso de corriente, correspondiente al movimiento de electrones y huecos en sentidos opuestos debido a la aceleración provocada por un voltaje applicado.
En el caso del silicio, el salto entre bandas es 1,12eV (0,7eV para el
germanio), lo que resulta en una energía media de 
3,8eV para la
creación de un par electrón-hueco6 (
2,9eV para el
germanio), es decir siete veces menos que en el caso de un contador
proporcional: esto implica una resolución muy superior, aunque por supuesto,
no se tiene la multiplicación que se da en los detectores gaseosos.
Siempre existen impurezas en los semiconductores, lo que hace que aparezcan
niveles espurios entre bandas. Por ejemplo, las impurezas de boro en silicio
generan niveles aceptores, que pueden recibir un electrón de
valencia por excitación térmica; estos materiales se conocen como
semiconductores de `tipo p', y a bajas temperaturas su conductividad
eléctrica se debe a movilidad de los huecos. La aparición de esta
conductividad es indeseable, pues puede esconder la señal originada por los
rayos x que se procura registrar. Para contrarrestar este fenómeno se agrega
litio mediante un proceso de drifting, que consiste en la difusión
de litio a 100
C mientras se aplica un campo eléctrico para controlar
esta difusión. De este modo, los átomos de litio ``donan'' electrones a los
niveles aceptores, anulando el efecto de las impurezas, imitándose así la
configuración de cristal puro ideal. Los detectores fabricados así son
conocidos como lithium-drifted silicon detectors (detectores de
silicio dopados con litio) y se los suele representar como Si(Li). En el
caso del germanio, es posible conseguir en la actualidad semiconductores
intrínsecos, es decir sin impurezas, en cuyo caso los detectores
son conocidos como `de germanio hiperpuro' (HPGe).
Los detectores de estado sólido poseen numerosas ventajas frente a los gaseosos, entre las cuales destacamos (los valores que aparecen como ejemplo corresponden al silicio):
la menor energía media requerida para la separación
de cargas se traduce en una mejor resolución en energía;
su `alta' densidad (2,33g/cm
) implica altas
pérdidas de energía por unidad de longitud (3,8MeV/cm), lo que permite
trabajar con espesores reducidos;
las altas movilidades de electrones
(1450cm
/Vs) y huecos (450cm
/Vs) permite una rápida colección
de las cargas (
10ns);
su rigidez permite que se autosostengan,
prescindiendo de estructuras agregadas.
El espesor de un detector de silicio suele ser de unos
3mm, lo que garantiza un adecuado registro de los fotones de interés en
XRF y EPMA, es decir, hasta
15keV. El área de trabajo típica de
un detector es 10mm
; en algunos casos se han desarrollado detectores
que utilizan un área frontal de hasta 30mm
, aunque la capacitancia
agregada en esos casos empeora notablemente la resolución. La operación
normal de un detector se realiza utilizando colimadores, los cuales permiten
evitar al máximo el registro de radiación espuria.
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La superficie frontal del detector se recubre con un delgado contacto de oro
(
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La ventana de berilio separa el vacío del entorno, que puede estar a presión
atmosférica. Su espesor típico es de unos 8
m, de modo que transmite el
100% de los fotones con energía por encima de los 3keV. A medida que
disminuye la energía de los fotones la transmisión es menor, anulándose
alrededor de 1keV.
En los últimos años se ha logrado desarrollar detectores con ventanas ultradelgadas, las cuales consisten de una película orgánica con un recubrimiento metálico que absorbe la luz, a la cual el detector es sensible. La menor absorción en esta ventana permite la detección de elementos livianos, cuya caracterización es imposible con las ventanas de berilio convencionales. Estas ventanas son mucho más delicadas, y pueden inutilizarse rápidamente si se las somete a diferencias de presión muy elevadas.
Una vez en vacío, cualquier tipo de ventana puede rebatirse, operándose en el régimen de `detector sin ventanta' (windowless detector); el alto riesgo de contaminación de esta modalidad inclina las preferencias generales hacia los detectores con ventanas ultradelgadas mencionadas en el párrafo anterior.
A pesar del alto vacío en torno del detector, siempre existen impurezas, en particular moléculas de agua. Es por ello que algunos detectores tienen acoplado un calentador para remover los pequeños cristales de hielo que pueden formarse en la ventana de berilio, y que afectan la sensibilidad de la detección a bajas energías.
