综述：通过X射线衍射（XRD）和拉曼光谱技术研究电离γ射线对GaS及掺Yb的GaS（GaSYb）单晶的结构和振动性质的影响

《Radiation Physics and Chemistry》：Study of the effect of ionizing γ-radiation on the structural and vibrational properties of GaS and Yb-doped GaS (GaSYb) single crystals by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy

γ辐照导致GaS单晶形成硫空位和镓间隙原子，引发晶格收缩、微应变增加及结晶度下降，而Yb掺杂通过强化Ga-S键抑制缺陷形成，提升材料辐射稳定性。

　　

R.S. Madatov | R. Turan | T.B. Tagiev | Salar H. Sedani | A.Sh. Khaligzadeh | A.M. Gen? | E. Gulen | R.M. Mamishova

阿塞拜疆共和国科学与教育部辐射问题研究所，B. Vagabzadeh大街9号，AZ 1143，巴库，阿塞拜疆

摘要

本研究探讨了伽马辐照对GaS和掺Yb的GaS（GaSYb）单晶的结构和振动特性的影响。X射线衍射（XRD）分析表明，辐照在GaS中产生了硫空位和镓间隙原子，导致晶格收缩、微观应变增加以及结晶度降低。拉曼光谱证实了这些变化，表现为声子频率的移动、峰值的宽化以及由于声子散射增强而导致的强度减弱。相比之下，掺Yb能够通过增强Ga–S键合、减少缺陷形成以及减轻辐照引起的非晶化来提高材料的结构稳定性。这些发现表明，Yb掺杂提升了GaS的辐射抗性，使其成为适用于高辐射环境中的理想材料。

章节摘录

引言

由于在紫外到红外波段具有潜在的光电应用前景，多种二元和三元层状半导体受到了广泛关注。缺陷及其相互作用是影响这些材料光电特性的主要因素1, 2, 3, 4。作为III–VI族层状半导体的一员，硫化镓（GaS）的每个晶层中的原子沿c轴以S–Ga–Ga–S的重复单元堆叠而成[5]。

实验技术

采用改进的布里奇曼结晶技术，使用高纯度原料制备了未掺杂和掺Yb的GaS单晶。结晶区的温度梯度保持在20至30 K/cm之间，生长速率为0.13 mm/h。在熔体中加入少量硫（约1.5%）以减少硫空位的形成。所得单晶表现出P型导电性，其电阻率值介于10^7

结果与讨论

伽马辐照在GaS和GaS:Yb单晶中引起了显著的结构变化，主要表现为硫空位（V_S）和镓间隙原子（Ga_i）的形成20, 21, 22, 25。在GaS中，硫空位是主要的缺陷类型，因为硫的原子质量和结合能较低，因此更容易发生位移。XRD图谱中峰值的移动表明，这些空位的积累导致了晶格的变形

结论

研究表明，伽马辐照会导致缺陷的产生和晶格畸变，从而显著影响GaS单晶的结构和振动特性。根据XRD研究结果，未掺杂GaS中的硫空位和镓间隙原子会导致晶格收缩、微观应变增加以及结晶度降低。在200 krad的辐照剂量下，晶粒尺寸减小，结晶度指数从76%下降到71%，表明发生了辐射诱导的

作者贡献声明

R. Turan：项目指导、数据管理。 T.B. Tagiev：实验方法设计。 Salar H. Sedani：实验研究、数据管理。 A.Sh. Khaligzadeh：初稿撰写、实验研究、数据分析。 A.M. Gen?：软件开发。 E. Gulen：软件开发、实验研究。 R.M. Mamishova：论文撰写与编辑、数据可视化、概念构思。 R.S. Madatov：项目总体指导

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。