The capacitance technique was applied to the study on oxide film formed on titanium rod surface. The experiment was performed with potentiostat, using $TiO_2$ electrode as the working electrode and Pt electrode as the counter electrode in one mol sodium perchlorate solution. The properties of titanium dioxide film, which was anodically grown on titanium surface, were determined by measuring the film thickness and studying the effects of the oscillator frequency, the temperature of the film, and the pH value of the aqueous electrolyte solution. The dependence of the growth rate of the titanium dioxide film on the anodic current density was also examined and found to follow a parabolic oxidation rate.
The anodically grown oxide films showed similar behavior to n-type semiconductors in which the oxygen vacancies in the oxide layer play the role of donors. The study of film thickness effect on capacitance showed that the donor density, which was determined from the Mott-Schottky slope, decreased exponentially as the film thickness increased. The conductivities of the oxide film, measured at various frequencies and temperatures, showed that the ionization energy of donor states in the titanium was 0.817 eV, and the donor density increased with the increment of the film temperature and decreased with the frequency increase. Form Mott-Schottky plots at various pH values of the solution, it was shown that the flat band potential of the $TiO_2$ film decreased with the pH increase by -90 mV/pH.
From experimental results on the dependence of donor density on temperature, deep and shallow donors were suggested.
용량 측정방법을 사용하여 티타늄 산화피막에 대한 연구를 하였다. 산화티타늄 ($TiO_2$) 전극을 일 전극으로 사용하고 백금 전극을 대전극으로 하여 1.0 M $NaClO_4$ 용액속에서 정전압조건으로 실험을 수행하였다. 양극 산화시킨 산화티타늄 피막의 물성들을 결정하기 위하여 피막의 두께, 주파수, 온도 그리고 용액의 pH 에 따른 전해질 용액내에서의 산화티타늄 전극의 용량 변화를 조사하였다. 양극전류 농도의 크기에 따른 산화티타늄 피막의 증가 속도의 변화도 또한 조사하였고 포물 형태의 증가율을 나타내었다.
양극 산화시킨 산화막은 n 형 반도체와 비슷한 경향을 보여준다. 산화막 층에 있는 산소의 부족은 n형 반도체에서의 donors의 역할을 한다. 피막두께의 변화에 대한 연구는 Mott-Schottky 기울기로부터 구한 donor 의 농도가 피막두께의 증가에 따라 대수적으로 증가한다는 것을 보여 주었다. 주파수와 온도에 따른 용량 연구로부터 산화티타늄 피막의 전도도를 결정하였다. 전도도의 경향으로부터 산화막내에 있는 donor의 이온화에너지는 전도대의 하단으로부터 0.817 eV 아래에 존재 한다는 것을 알수 있었다. 또한 Mott-Schottky plot는 donor의 농도가 온도가 증가함에 따라 증가한다는 것을 보여 주었다. 주파수의 변화에 의한 영향의 조사 에서는 Mott-Schottky 기울기가 주파수의 증가에 따라 증가한다는 것을 알 수 있었다. 용액의 pH 변화에 대한 Mott-Schottky plot로부터 산화티타늄 피막의 flat band 전위는 pH 에 따라서 -90 mV/pH 의 변화를 보여주었다. Mott-Schottky plot 와 온도에 대한 donor 농도의 변화로부터 deep donors와 shallow donor의 존재가 확인되었다.
