Nukleace a růst krystalů v amorfních chalkogenidových materiálech

Ing. Simona Martinková

Doctoral thesis

Nucleation and Crystal Growth in Chalcogenide Amorphous Materials

Abstract:

The presented doctoral thesis deals with the study of nucleation and crystal growth in chalcogenide glasses. Although a lot of papers have been published about nucleation and crystal growth during past decades and many theories have been suggested, there is still a need for more information about these complicated processes in chalcogenide glasses, in particular with respect to their indispensable technological applications. It should be noted that the essential portion of the present knowledge on nucleation in glasses comes from the studies in oxide glasses. This thesis extends the understanding of crystal nucleation and growth behavior in chalcogenide glasses. The thesis consists from 5 papers supplemented with the theoretical insight into the crystallization process and the summary of main goals of the work. The first objective of the thesis was the study of nucleation kinetics in chalcogenide glass and testing of the applicability of so far proposed theories and their improvements for description of steady-state and transient nucleation. The study on nucleation was performed in Ge1.8Sb36.8S61.4 thin films of 1 ěm thickness using isothermal in-situ annealing and optical microscopy. The time evolution of nuclei number at different temperatures revealed transient behavior, which was described by Shneidman theory that provides values of steady-state nucleation rate, induction period and time-lag. The nucleation rate data were discussed in terms of classical nucleation theory (CNT). Some predictions and improvements of CNT were tested and applied. The second objective of the thesis was the extension of studies on crystal growth kinetics in chalcogenide glasses using direct (optical and electron microscopy) and indirect (X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, thermomechanical analysis) analytical methods. The combination of more approaches gave better insight into the crystal growth process. The studies were performed in both, bulk glasses and thin films, for the following glassy systems: Se-Te, Ge-Sb-Se and As-Se. The results were described on the basis of standard and corrected growth models.

Abstract:

Předložená disertační práce se zabývá studiem nukleace a růstu krystalů v chalkogenidových sklech. Ačkoli již bylo během uplynulých desetiletí publikováno mnoho prací zabývajících se nukleací a růstem krystalů a mnoho teorií bylo navrženo, nadále přetrvává potřeba získání více informací o těchto komplikovaných procesech a to s ohledem na nepostradatelné technologické aplikace chalkogenidových skel. Je důležité zmínit, že převážná část doposud známých znalostí o nukleaci pochází ze studií prováděných na oxidických sklech. Tato disertační práce obsahuje další poznatky o nukleaci a růstu krystalů v chalkogenidových sklech. Práce se skládá z pěti článků, které jsou doplněny teorií týkající se krystalizace a souhrnem hlavních cílů. Prvním cílem disertační práce bylo studium kinetiky nukleace v chalkogenidovém skle a ověření platnosti doposud navržených teorií a jejich zlepšení pro popis ustálené a neustálené nukleace. Nukleace byla studována v tenkých vrstvách systému Ge1.8Sb36.8S61.4 o tloušťce 1 ?m za pomoci isotermních in-situ temperací a optického mikroskopu. Závislost počtu nukleí na čase pro různé temperační teploty odhalila neustálené chování, které bylo popsáno Shneidmanovou teorií za účelem získání hodnot ustálené rychlosti nukleace, indukční doby a časového zpoždění (tzv. time-lag). Nukleační data byla popsána pomocí klasické nukleační teorie (CNT). Některé předpoklady a vylepšení klasické nukleační teorie byly testovány a aplikovány. Druhým cílem disertační práce bylo rozšíření a pokračování ve studiu kinetiky růstu krystalů v chalkogenidových sklech pomocí přímých (optická a elektronová mikroskopie) a nepřímých (rentgenová difrakce, diferenciální skenovací kalorimetrie, termomechanická analýza) metod. Kombinací více přístupů je možné získat lepší náhled na proces růstu krystalů. Studie zahrnující jak objemová skla, tak tenké vrstvy byly provedeny v systémech: Se-Te, Ge-Sb-Se a As-Se. Výsledky byly popsány na základě standardních a korigovaných růstových modelů.

Keywords

nukleace, růst krystalů, chalkogenidové sklo, mikroskopie, CNT, růstové modely

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 10. 2018

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / field:
Physical Chemistry / Physical Chemistry