Вплив складу та легування на ближній порядок халькогенідних стекол та формування поверхневих рельєфів на тонких плівках і нанокомпозитах на їх основі

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorСтронський, Олександр Володимирович
dc.contributor.authorРевуцька, Любов Олександрівна
dc.date.accessioned2020-11-06T15:10:49Z
dc.date.available2020-11-06T15:10:49Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenModern information technologies need new and effective solutions in the field of recording and storage of information. The key direction for solving these problems is the development of new functional materials. One of such materials are chalcogenide glasses, that are characterized by: transparency in the IR range of the spectrum, relatively large values of linear and nonlinear refractive indices and the manifestation of various photoinduced phenomena. It makes them promising materials for the designing of devices for infrared optics, information recording, photonics and optoelectronics, etc. It is known that the physicochemical properties of chalcogenide glasses can be varied by changing the composition, doping and by influence of external factors. Detailed study of the structural properties of chalcogenide glasses will provide a deeper understanding of the processes of surface relief formation on thin films and multilayer chalcogenide nanostructures and will expand the possibilities of using these materials as media for information recording. Therefore, the study of the relationship between atomic structure and local, integral physical properties of modified chalcogenide glasses is necessary to solve an amount of fundamental problems in the disordered state physics, that determines the relevance and practical value of this work. The aim of the dissertation is to analyze the influence of composition, doping on the structural properties of bulk chalcogenide glasses and the possibility of application of thin chalcogenide films and multilayer nanostructures based on them as materials for holography and photonics. The following scientific results were obtained in the dissertation: • It was found the changes in short-range order for the glasses As-S-Sb, As-Se-S, Ag2Se3: Mn. At the same time for As2S3: Ag, As-S-Ge systems these changes are insignificant. • It was found the relative change in the concentration of basic structural units and non-stoichiometric molecular fragments of As-S-Sb, As-Se-Ge, As-Se-S, As-S-Ge, As2Se3:Mn, As2S3:Ag due to the changing of the composition or doping with silver and manganese. • For the first time it was shown the possibility of direct electron beam recording on chalcogenide films As38S36Se26 and As3S77Ge20. The relief formation was described by the exponential dependence on the exposure time and can be explained by the charge model. • It was shown that composite multilayer nanostructures As2S3:Ag/Se are suitable for realization of the one-stage optical recording of the surface relief of holographic gratings without the stage of selective etching. The practical value of the dissertation is that the research expands the scientific basis for better understanding the structure of chalcogenide glasses, allows to optimize the processes of surface relief on thin films and multilayer chalcogenide nanostructures. The obtained results show the prospects of using these materials as media for information recording and optical elements manufacturing. The introduction verifies the relevance of the topic of the dissertation, formulates the purpose and objectives of the research, shows the scientific novelty and practical significance of the obtained results, indicates the personal contribution of the dissertation and presents data on the approbation of the results of the dissertation research, lists the publications on the topics of the dissertation. The first chapter is devoted to the review and analysis of reference sources on this topic, highlights the basic data on the structural and optical properties of chalcogenide glasses. The role of structure, in particular, of short-range order on macroscopic properties and as a consequence of possible practical applications, is shown. The second chapter of the dissertation deals with the basic methods of obtaining chalcogenide glasses bulk samples and thin films based on them. Also, a description of the used methods is presented: X-ray diffraction, Raman spectroscopy, X-ray energy spectroscopy (EDX), holographic grating recording, atomic force (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). The third chapter presents the results of structural properties studies of As-Se-Ge, As-S-Sb, As-S-Ge, As-Se-S, As2Se3: Mn and As2S3: Ag chalcogenide glasses using XRD. The X-ray diffraction curves of studied compositions exhibit similar behavior – containing wide peaks (halo) that are systematically displaced. This behavior of the angular dependences of the X-ray scattering confirms the amorphous nature of the materials and the absence of long-range order and three-dimensional periodicity. Based on the obtained diffraction data, the pair distribution functions were calculated for the studied glasses. The calculated short-range parameters (the radii of the first and second coordination spheres) showed that the structure of the As-S-Sb, As2Se3: Mn, As-S-Se glasses changes, for As2S3: Ag, As-S-Ge systems – changes are insignificant. The fourth chapter shows the results of structural studies using Raman spectroscopy of As2Se3: Mn, As-Se-Ge, As2S3: Ag, As-S-Sb, As-S-Ge, As-Se-S chalcogenide glasses. The Raman spectra of these glasses were also measured and fitted. The analysis of the modeled Raman spectra of studied glasses was carried out. The compositional dependences showed a relative change in the concentration of the basic and non-stoichiometric molecular fragments with the composition change and doping. The results of the analysis of the simulated Raman spectra are consistent with the obtained parameters of short-range order and indicate that doping and changes in the composition of chalcogenide glasses, causes a change in the relative concentration of molecular fragments containing As-S bonds for sulfide glasses and As-Se bonds for selenide glasses. The fifth chapter shows the practical application of thin films As-S-Se and As-SGe and nanocomposite As2S3:Ag/Se, the ability of direct electron beam and holographic recording. The formation of surface relief as a result of interaction with the electron beam on the As38S36Se26 and As3S77Ge20 thin films was investigated. The model describing the process of formation of surface structures is presented, as well as the basic parameters determined: initial and inversion doses and relaxation times. Also it was shown that the photostimulated processes in As2S3:Ag/Se multilayer nanostructures allow the direct recording of surface relief of holographic diffraction gratings with high diffraction efficiency values in transmission (~22%) and relief profile is close to sinusoidal one. The appendix contains a list of publications on the topic of the dissertation and information on the approbation of the dissertation results. The main results of the thesis published 10 articles in specialized national and international journals (5 of them included in the international scientific metric database SCOPUS), 2 articles in the Proceedings of conferences (included in the international scientific metric database SCOPUS) and 31 thesis papers of conferences.uk
dc.description.abstractukСучасні інформаційні технології потребують нових та ефективних рішень в області запису та зберігання інформації. Ключовим напрямом для вирішення цих задач є розробка нових функціональних матеріалів. Одними із таких матеріалів є халькогенідні стекла, для яких властиві: прозорість в ІЧ області спектру, відносно великі значення лінійного і нелінійного показника заломлення та прояв різноманітних фотоіндукованих явищ. Це робить їх перспективними матеріалами для створення приладів ІЧ оптики, середовищ для запису інформації, елементів фотоніки, оптоелектроніки та ін. Відомо, що фізико-хімічні властивості халькогенідних стекол можна змінювати шляхом зміни складу, легування та дії зовнішніх чинників. Детальне вивчення структурних властивостей ХС дозволить краще зрозуміти процеси утворення поверхневих рельєфів на тонких плівках та багатошарових халькогенідних наноструктурах і розширить можливості використання даних матеріалів в якості середовищ для запису інформації. Тому вивчення взаємозв’язку атомної структури та локальних, інтегральних фізичних властивостей модифікованих халькогенідних стекол є необхідним для вирішення ряду фундаментальних проблем фізики неупорядкованого стану, що визначає актуальність та практичну цінність даної роботи. Метою дисертаційної роботи є встановлення впливу складу, легування на структурні властивості об’ємних халькогенідних стекол і можливості прикладного застосування тонких халькогенідних плівок і багатошарових наноструктур на їх основі в якості матеріалів для голографії та отримання елементів фотоніки. У дисертації було отримано наступні наукові результати: • Виявлено, що для розрізів As-S-Sb, As-Se-S, As2Se3:Mn відбуваються зміни у структурі ближнього порядку. Для систем As2S3:Ag, As-S-Ge – зміни неістотні. • З’ясовано, що в композиційних розрізах As-S-Sb, As-Se-Ge, As-Se-S, As-S-Ge, As2Se3:Mn, As2S3:Ag при зміні композиції або легуванні сріблом і марганцем відбувається відносна зміна концентрації основних структурних одиниць та нестехіометричних молекулярних фрагментів. • Вперше показано можливість прямого електронно-променевого запису на халькогенідних плівках As38S36Se26 та As3S77Ge20. Формування рельєфу добре описується експоненційною залежністю від часу експозиції та може бути пояснено зарядовою моделлю. • Показано, що композитні багатошарові наноструктури As2S3:Ag/Se дають можливість реалізувати одностадійний оптичний запис поверхневого рельєфу голографічних граток без стадії селективного травлення. Практична цінність дисертаційної роботи полягає у тому, що проведені дослідження розширюють наукове підґрунтя щодо розуміння структури халькогенідних стекол, дають змогу оптимізувати процеси утворення поверхневого рельєфу на тонких плівках та багатошарових халькогенідних наноструктурах. Отримані результати показують перспективність використання даних матеріалів в якості середовищ для запису інформації та виготовлення оптичних елементів. У вступі дисертаційної роботи висвітлено проблематику, визначено об’єкт та напрями дослідження, обґрунтовано актуальність та наукову новизну роботи, сформульовано мету і завдання, визначено методи дослідження, окреслено практичну цінність одержаних результатів та форми їх апробації. У першому розділі проведено аналіз літературних джерел по даній тематиці. Представлено огляд робіт стосовно структурних та оптичних властивостей халькогенідних стекол. Показано роль структури, зокрема, ближнього порядку на макроскопічні властивості. Наведено вже існуючі та можливі в майбутньому практичні застосування халькогенідних стекол, тонких плівок та нанокомпозитів на їх основі. Зважаючи на результати аналізу літературних джерел, було сформульовано мету дослідження та поставлено завдання. У другому розділі описані основні методи отримання об’ємних зразків халькогенідних стекол та тонких плівок на їх основі. Наведено методики, що використовувались для дослідження: рентгеноструктурний аналіз (РСА), спектроскопія комбінаційного розсіяння світла (КРС), енергодисперсійна рентгенівська спектроскопія (ЕДРС), оптична голографія (ОГ), атомно-силова мікроскопія (АСМ) та скануюча електронна мікроскопія (СЕМ). У третьому розділі представлено результати досліджень структурних властивостей з використанням РСА халькогенідних стекол As-Se-Ge, As-S-Sb, As-S-Ge, As-Se-S, As2Se3: Mn та As2S: Ag. Для всіх композицій рентгенодифракційні криві демонструють аналогічну поведінку – мають широкі піки (гало), що систематично зміщені. Такий характер кутових залежностей розсіяного рентгенівського випромінювання підтверджує аморфність матеріалів та відсутність у них дальнього порядку та тривимірної періодичності. На основі отриманих даних дифракції було розраховано функції парного розподілу для стекол, що вивчались. Обчислені параметри ближнього порядку (радіуси першої та другої координаційних сфер) показали, що структура стекол As-S-Sb, As2Se3: Mn, As-S-Se зазнає змін при зміні складу або легуванні, для систем As2S3:Ag, As-S-Ge – зміни неістотні. У четвертому розділі наведено результати досліджень структурних властивостей з використанням спектроскопії КРС халькогенідних стекол As-Se-Ge, As-S-Sb, As-S-Ge, As-Se-S, As2Se3: Mn та As2S: Ag. Було проведено моделювання отриманих спектрів КРС даних стекол. Композиційні залежності інтенсивності смуг спектрів КРС показали відносну зміну концентрації основних та нестехіометричних молекулярних фрагментів після зміни складу та після легування ХС. Результати аналізу змодельованих спектрів КРС узгоджуються з отриманими параметрами ближнього порядку і свідчать про те, що легування і зміна складу ХС, спричиняє зміну відносної концентрації молекулярних фрагментів, що містять зв’язки As-S для сульфідних стекол та зв’язки As-Se для селенідних стекол. У п’ятому розділі показано практичне застосування тонких плівок As-S-Se і As-S-Ge та нанокомпозитів As2S3:Ag/Se, зокрема, придатність до електроннопроменевого та голографічного запису. На тонких плівках As38S36Se26 та As3S77Ge20 було досліджено формування поверхневого рельєфу в результаті взаємодії із електронним пучком. Продемонстровано, що процес формування поверхневих структур описується зарядовою моделлю, а також визначено основні параметри: початкову та інверсійну дози і часи релаксації. На прикладі виготовлених багатошарових наноструктур As2S3:Ag/Se показано, що фотостимульовані процеси в шарах ХС дозволяють реалізовувати прямий запис поверхневого рельєфу з високими значеннями дифракційної ефективності голограмних дифракційних решіток у пропусканні (~22%) та профілем рельєфу близьким до синусоїдального. У додатку наведено список публікацій за темою дисертації та відомості про апробацію результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані у 10 статтях у фахових вітчизняних та міжнародних наукових журналах (5 з них включені до міжнародної науково-метричної бази SCOPUS), у 2 статтях у збірниках праць конференцій (входять до міжнародної науково-метричної бази SCOPUS) та 31 тезі доповідей на конференціях.uk
dc.format.page143 с.uk
dc.identifier.citationРевуцька, Л. О. Вплив складу та легування на ближній порядок халькогенідних стекол та формування поверхневих рельєфів на тонких плівках і нанокомпозитах на їх основі : дис. … д-ра філософії : 105 Прикладна фізика та наноматеріали / Ревуцька Любов Олександрівна. – Київ, 2020. – 143 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/37252
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectхалькогенідні стеклаuk
dc.subjectхалькогенідні тонкі плівкиuk
dc.subjectструктурні властивостіuk
dc.subjectближній порядокuk
dc.subjectфункція парного розподілуuk
dc.subjectнанофазиuk
dc.subjectспектроскопія комбінаційного розсіювання світлаuk
dc.subjectелектронно-променевий записuk
dc.subjectголографічний записuk
dc.subjectбагатошарові нанокомпозитиuk
dc.subjectchalcogenide glassesuk
dc.subjectchalcogenide thin filmsuk
dc.subjectstructural propertiesuk
dc.subjectshort-range orderuk
dc.subjectpair distribution functionuk
dc.subjectnanophasesuk
dc.subjectRaman spectroscopyuk
dc.subjectelectron beam recordinguk
dc.subjectholographic recordinguk
dc.subjectdiffraction gratingsuk
dc.subjectcomposite nanostructuresuk
dc.subject.udc539.264, 535.375.54, 535.4, 537.533.35uk
dc.titleВплив складу та легування на ближній порядок халькогенідних стекол та формування поверхневих рельєфів на тонких плівках і нанокомпозитах на їх основіuk
dc.typeThesis Doctoraluk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Revutska_dys.pdf
Розмір:
5.24 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (вільний доступ)