γ射线辐照调控纳米结构ZnSe薄膜的缺陷工程及其在剂量计中的应用研究

本研究针对辐射环境下材料性能调控的需求，通过Co-60 γ射线辐照（0-220 kGy）系统探究了电子束沉积ZnSe薄膜的结构-功能关系。研究发现辐照诱导晶粒尺寸变化（XRD证实）、带隙偏移（UV-Vis表征）及电导率提升，揭示了该材料在γ剂量计应用中的敏感性，为二维半导体材料的缺陷工程提供了新策略。

　　

在辐射医学诊断和空间技术领域，材料对电离辐射的响应特性直接决定其应用可靠性。II-VI族半导体ZnSe因其2.7 eV带隙和优异的光电性能，在蓝光激光器和光伏器件中备受关注，但其辐射敏感性研究仍存空白。印度国家技术研究院（NIT）Kurukshetra的Tripti Gupta团队通过γ辐照缺陷工程，首次揭示了电子束沉积ZnSe薄膜的剂量响应机制，相关成果发表于《Thin Solid Films》。

研究采用电子束沉积法制备500 nm ZnSe薄膜，利用Co-60源进行梯度剂量（0-220 kGy）辐照。通过掠入射X射线衍射（GI-XRD）分析晶体结构演变，紫外-可见光谱测定光学参数，四探针法测量电导率变化，系统评估了材料的结构-性能关联性。

【结构研究】XRD显示原始薄膜呈六方相（JCPDS 15-0105），110.99 kGy剂量下晶粒尺寸增大源于应变释放，而更高剂量（220 kGy）导致非晶化，表明辐射诱导缺陷积累超过临界阈值。

【光学特性】辐照引起带隙从2.7 eV红移，消光系数和折射率显著改变，证实了缺陷能级的形成。这种可调控的光学响应为光开关器件设计提供了新思路。

【电学性能】电导率随剂量增加而提升，与Sen等在SnO₂
中的发现一致，这种辐射诱导的载流子迁移率增强使其成为理想的剂量敏感材料。

该研究创新性地证明：γ辐照可精确调控ZnSe的晶格缺陷密度，110.99 kGy为晶体结构转变临界点。这种可控缺陷工程不仅拓展了II-VI半导体在辐射环境下的应用场景，更建立了"辐照剂量-结构畸变-功能响应"的定量关系模型。特别值得注意的是，材料在220 kGy高剂量下的非晶化转变，为开发宽量程（0-220 kGy）γ剂量计提供了理论依据。作者团队进一步指出，该策略可推广至ZnS、CdTe等同类材料体系，对空间辐射探测器和医疗放射剂量监测设备的开发具有重要指导价值。