Der Halbleiterdetektor besteht aus einer in Sperrichtung betriebenen Halbleiterdiode. Durch die von außen angelegte Spannung, wird in der Übergangsschicht eine Verarmung der Ladungsträger erreicht. Die Idee der Halbleiterdetektoren ist die der Ionisationskammern. Ein geladenes Teilchen, welches sich durch ein Halbleiter bewegt, erzeugt entlang seiner Bahn Ionenpaare. Die Ionisationsenergie ist sehr niedrig, so dass Elektronen nicht vollständig abgetrennt werden.
Abb. 1. Prinzip des Halbleiterdetektors
Das elektrische Feld bewirkt eine Bewegung der Ionenpaare zu den jeweils gegenteilig geladenen Schichten. Dies liefert einen elektrischen Impuls, der gemessen werden kann. Neben der niedrigen Ionisationsenergie besitzt der Halbleiterdetektor einen weiteren Vorteil gegenüber der Ionisationskammer. Die Dichte des Halbleiters ist sehr viel größer als von jedem Gas. Dadurch geben die einfallenden Teilchen einen großen Teil ihrer Energie ab. Auf der anderen Seite kann der Halbleiterdetektor nicht ein so großes Volumen abdecken, wie ein Szintillator, während seine Energieauflösung viel höher ist.
Der erste Halbleiterdetektor wurde 1951 von Mc Kay verwendet. Als Material wurden Germanium p-n-Dioden verwendet.