Structural, optical and electrical study of titanium oxide thin films obtained by anodization of the Ti-Cu (2 %) alloy in phosphoric acid

 

Etude structurale optique et électrique des couches minces d’oxydes de titane obtenues par anodisation de l’alliage Ti-Cu(2%) dans l’acide phosphorique

 

M. Khadiri1, M. Elyaagoubi2 A. Benyaïch1, A. Outzourhit2*

1 Laboratoire d’Electrochimie et de Chimie Analytique.

2 Laboratoire de Physique du Solide et des Couches Minces.

Université Cadi Ayyad, Facultés des Sciences Semlalia Marrakech 40 000 B. P 2390, MAROC.

* Corresponding author: E-mail: aoutzour@uca.ma

Received: 03 September 2012; revised version accepted: 20 October 2012

 

Abstract

     Thin films of TiO2 were made by anodizing a polished alloy Ti-Cu (2%) under different anodization voltages. The films thus obtained were characterized by X-ray diffraction, XPS, optical reflection and electrical measurements. The obtained films are amorphous. The XPS measurements showed that titanium and oxygen are the major elements in the film surface and that phosphorus and copper are present in very small proportions. The O1s peak is rather broad reflecting several environments namely: oxygen engaged in bonds with the titanium Ti - O - Ti, oxygen from hydroxyl groups or adsorbed water and finally the adsorbed oxygen. The thicknesses of the oxide films, obtained from optical reflectometry, increases linearly with the anodization voltage. Electrical measurements on Ti / titanium oxide / metal oxide structures showed that the resultant film is an n-type semiconductor and that the current is governed by the Pool - Frenkel and the space-charge-limited current due to a distribution of traps mechanisms. Capacitance measurements are well correlated with that of the thickness.

 

Keywords: TiO2; Thin films; Anodization; Optical properties; XPS; Electrical properties.

 

Résumé

      Des couches minces de TiO2 ont été fabriquées par anodisation d’un substrat poli de l’alliage Ti-Cu (2%) sous différentes tensions d’anodisation. Les films ainsi obtenus ont été caractérisés par diffraction des rayons X, XPS, la réflexion optique et par des mesures électriques. Les films obtenus sont amorphes. Les mesures XPS ont montrés que le titane et l’oxygène sont les éléments majeurs à la surface des films et que le phosphore et le cuivre sont présents en très faibles proportions.  Le pic O1s est assez large ce qui témoigne de plusieurs environnement à savoir : l’oxygène engagé dans des liaisons avec le titane de type Ti – O – Ti, l’oxygène provenant des groupements hydroxyle ou de l’eau adsorbé et enfin de l’oxygène adsorbé. Les épaisseurs des films obtenus par réflectométrie optique augmentent linéairement  avec la tension d’anodisation. Les mesures électriques sur des structures Ti/oxyde de titane/métal ont montré que l’oxyde ainsi obtenu est un semi conducteur de type n et le courant est gouverné par le mécanisme de Pool – Frenkel et  par le mécanisme de courant limité par la charge d’espace dû à une distribution de pièges. Les mesures de capacité sont bien corrélées avec celle de l’épaisseur.

 

Mots clés : TiO; Couches minces ; Anodisation ; Propriétés optiques ; XPS ; Propriétés électriques.

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