脉冲激光沉积法制备二氧化锡(SnO2)薄膜：γ辐射剂量对其结构与光学特性的调控机制及应用潜力

【编辑推荐】本研究通过脉冲激光沉积(PLD)技术制备SnO2薄膜，系统探究γ辐射剂量对材料微结构（XRD峰位移/宽化）和光学性能（光致发光谱）的定量影响，首次揭示辐射诱导缺陷态与性能调控的构效关系，为半导体器件辐射耐受性设计提供新思路。

　　

在半导体材料领域，二氧化锡(SnO₂)因其宽禁带(3.6-4.0 eV)和优异的光电特性，成为透明导电薄膜、气体传感器和辐射探测器的核心材料。然而，当这类器件应用于核电站、太空探测等辐射环境时，γ射线引发的晶格缺陷会导致性能退化，传统研究仅定性描述辐射效应，缺乏剂量-性能的定量关联，严重制约材料的精准调控。

为解决这一科学瓶颈，某研究团队在《Phosphorus, Sulfur, and Silicon and the Related Elements》发表的研究中，创新性地采用脉冲激光沉积(PLD)技术制备SnO₂薄膜，通过控制γ辐射剂量（0-1000 kGy），结合X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)光谱等多尺度表征，首次建立了辐射剂量-结构畸变-光学响应的定量关系模型。

关键技术方法包括：1) PLD法制备高纯度SnO₂薄膜；2) ⁶⁰Co源γ辐射装置进行梯度剂量辐照；3) XRD分析晶体结构演变（使用Cu Kα射线，2θ=20-80°）；4) 室温PL光谱检测缺陷态发光峰（激发波长325 nm）。

【微结构演变】XRD结果显示：(002)晶面峰位随剂量增加向低角度偏移0.38°，表明晶格膨胀（辐射诱导氧空位导致）；半高宽(FWHM)增宽53%证实晶粒尺寸从42 nm降至28 nm，符合Williamson-Hall模型计算的位错密度升高趋势。

【光学性能调控】PL光谱中580 nm缺陷峰强度与辐射剂量呈线性相关（R²=0.91），源于氧空位(V_O)与锡间隙(Sn_i)复合中心的辐射增强效应；紫外-可见光谱显示光学带隙从3.89 eV红移至3.72 eV，与Burstein-Moss效应理论吻合。

该研究突破性地证明：γ辐射可通过可控引入缺陷态，实现SnO₂带隙工程和发光性能定制。相比传统掺杂工艺，辐射调控具有非接触、可编程优势，为开发抗辐射半导体器件提供新范式。特别值得注意的是，建立的剂量-性能定量模型可直接指导太空用传感器件的辐射加固设计，其方法论亦可推广至其他氧化物半导体体系。