Kinematics of glass to crystal phase transformation in novel multi-component glassy Se–Te–Sn–M (M = Sb, In, Cd) alloys

Abstract

The kinetics of the thermally induced glass / crystal phase transformation of chalcogenide glasses plays an important role in determining their candidacy for optical phase change memory applications. The rate of crystallization and the corresponding activation energy are the two crucial kinetic parameters that reflect the durability and quality (i.e., storage properties) of phase change materials. This script deals with metal-induced effects on thermally regulated non-isothermal crystallization in a new glass alloy of Se-Te-Sn using calorimetric measurements. The elements Antimony (Sb), Cadmium (Cd) and Indium (In) have been used as structural modifiers for this purpose. The crystallization and glass transition kinetics of these glass alloys have been investigated by thermal analysis of several kinetic parameters such as the parameter of order n, the maximum crystallization temperature Tc, the crystallization rate K and the consequent activation energy Ec). A DSC is used in non-isothermal mode for the present studies. The values of the activation energy Ec are determined using the data obtained from the displacement of the exothermic peaks of crystallization in non-isothermal DSC plots at various heating rates. The role of the additives Sb, Cd and In in the variation in the rate of crystallization K of and the Avrami index (n) for each glass alloy is also examined. Detailed thermal analysis of the kinetic data confirms the superiority of Cd over the other two additives (In and Sb) for optimization of the kinetic properties of the main SeTeSn glass. Resumen: La cinética de la transformación de fase vidrio/cristal inducida térmicamente de los vidrios calcogenuros desempeña un papel importante en la determinación de su candidatura para las aplicaciones de memoria óptica de cambio de fase. La tasa de cristalización y la energía de activación correspondiente son los dos parámetros cinéticos cruciales que reflejan la durabilidad y la calidad (es decir, las propiedades de almacenamiento) de los materiales de cambio de fase.El presente guión trata de los efectos inducidos por metales sobre la cristalización no isotérmica regulada térmicamente en una nueva aleación vítrea de Se-Te-Sn, utilizando mediciones calorimétricas. Los elementos antimonio (Sb), cadmio (Cd) e indio (In) se han empleado como modificadores estructurales para este propósito. La cinética de cristalización y transición vítrea de estas aleaciones de vidrio se ha investigado mediante el análisis térmico de varios parámetros cinéticos como el de orden n, la temperatura máxima de cristalización (Tc), la velocidad de cristalización (K) y la energía de activación consiguiente (Ec). Se usa un DSC en modo no isotérmico para los presentes estudios. Los valores de la energía de activación Ec se determinan utilizando los datos obtenidos del desplazamiento de los picos exotérmicos de cristalización en gráficos de DSC no isotérmicos a diversas velocidades de calentamiento. También se examina el papel de los aditivos Sb, Cd e In en la variación en la K y el índice de Avrami (n) para cada aleación vítrea. El análisis térmico detallado de los datos cinéticos confirma la superioridad del Cd sobre los otros dos aditivos (In y Sb) para la optimización de las propiedades cinéticas del vidrio principal Se-Te-Sn.

Keywords

• Calcogenuros
• Calorimetría diferencial de barrido
• Temperatura de transición del vidrio