Sol-Gel 0 n É; c 8 ý” X ¢ TiO 2 U c lT c l8 ý < gX c l õ m Í — ¤V R Ë

Sol-Gel 0 n É; c 8 ý” X ¢ TiO 2 U c lT c l8 ý < gX c l õ m Í — ¤V R Ë



™

»„ ç ¡Œ ‰ x · ) o * > ¾ 6 Ò ·  6 Ò) ç ý — ¡ ^∗

Ö

 ¦í ß –@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , Ö  ¦í ß – 680-749



™

»q + ä 

Ö

 ¦í ß –@ /† < Ɠ §  o† < Æ/ B N† < Æõ , Ö  ¦í ß – 680-749

T

_  u­ £ · ® £ ø ¶ Bg ` @

( Å Ò)“   B s h A,  â Å Ò 780-820 (2004¸   12 Z 4 21{ 9  ~ à Î6 £ §)

Sol-GelZ O \  _ K  TiO

2

~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • “ ¦, a % ¦ ] j Œ •r   6   xô  Ç 8 ú ¤ B _  † < Ê| ¾ Óõ  \ P % ƒo  “ : r • ¸\    É r s [ þ t TiO

2

~ à Ì} Œ •_  ½ ¨› ¸& h  : £ ¤$ í õ  F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  % i  . 400

^◦

C \ " f \ P % ƒo ô  Ç TiO

2

~ à Ì} Œ •“ É r anatase

 

& ñ  © œs 
 z Œ ¤Ü ¼ 9, 1000

^◦

C \ " f  H rutile   & ñ  © œs 
 z Œ ¤ . TiO

2

~ à Ì} Œ •_    & ñ ß ¼l   H 8 ú ¤ B _  0 l x

•

¸ü < \ P % ƒo  “ : r • ¸ Z  }`  ¦ à º2 Ÿ ¤ 7 £ x  % i “ ¦, — ¸Ž  H ~ à Ì} Œ •_  ³ ð€   © œI   H ç  H{ 9  % i Ü ¼ 9, \ P % ƒo  “ : r • ¸ 7 £ x

½ + Éà º2 Ÿ ¤ › ¸x 9  “ ¦   & ñ $ í s  Ä ºÃ º % i  . 800

^◦

C ü < 1000

^◦

C \ " f \ P % ƒo ô  Ç ~ à Ì} Œ •_  È Òõ Ö  ¦“ É r ~ à Ì} Œ •_ 

 

& ñ  © œõ  › ¸$ í _     o\  _ K  µ 1 ÏÒ q tô  Ç f  ¨ à º– Ð “  K  300 ∼ 800 nm_    © œ% ò % i \ " f / å L   >  y Œ ™™ è 

%

i  . ~ à Ì} Œ •_  porosity  H \ P % ƒo  “ : r • ¸ü < 8 ú ¤ B † < Ê| ¾ Ós  7 £ x ½ + Éà º2 Ÿ ¤ y Œ ™™ è % i  . ¢ ¸ô  Ç 8 ú ¤ B  † < Ê| ¾ Ós  7 £ x 

† <

Ê\     f  ¨ à º‰ & ³ © œ“ É r ˜ Ð  ± ú “ É r “ : r • ¸\ " f
 z Œ ¤ .

PACS numbers: 81.20.Fw

Keywords: TiO

2

~ à Ì} Œ •, a % ¦ 0 qZ O , F  g† < Æ& h  : £ ¤$ í , ½ ¨› ¸& h  : £ ¤$ í , \ P % ƒo  “ : r • ¸, 8 ú ¤ B  0 l x • ¸

I. " e  ] Ø

TiO

2

  H q “ §& h   H \  -t   ½ ™× ¼ Ì “ s`  ¦ t    ì ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t

| 9

– Ð" f r  F  g‚  õ    H  ü @‚   % ò % i _  Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 \ " f Z  }“ É r È

Òõ Ö  ¦ õ  Ï ã J] X Ò  ¦`  ¦ t  9,  o† < Æ& h  î ß –& ñ $ í s  8 A# Q
 F  g

† <

Æ~ à Ì} Œ •\ " f  ïh A F « і Ð F  g# 3 0 A >   6   x ÷ &# Q M ® o   [1, 2]. a % ¦- 0 qZ O `  ¦ s 6   xô  Ç TiO

₂

~ à Ì} Œ •“ É r F  g € 9 '  [3], [ j b ” } Œ • [4], Û ¼G ' p" f [5], F  g • ¸  › ' a [6], F  g8 ú ¤ B  [7–9] 1 p x_   € ª œ ô 

Ç ì  r  \  6 £ x6   x ÷ &“ ¦ e ”  . Õ ª ü @ TiO

2

~ à Ì} Œ •\  @ /ô  Ç ƒ  

½

¨– Ѝ  H TiO

2

_  † < Ê| ¾ Óõ  \ P % ƒo  “ : r • ¸\    É r   & ñ  o  â

†

¾ Ó [10]õ  f  ¨ à ºé ß –_     o [11]\  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨ e ” % 3 Ü ¼ 9,



o† < Æ& h  % ƒo  Ê ê ~ à Ì} Œ •_  ½ ¨› ¸& h  : £ ¤$ í \  @ /ô  Ç ƒ  ½ ¨ à º '

Ÿ ÷ &% 3   [12, 13]. TiO

²

  H À Ò { 9 (tetragonal),  
  ]

j(tetragonal), Ú ÔÀ Ò s à Ô(orthorhombic)_  [ j t  + þ A I

– Ð ” > r F  “ ¦, Õ ª ×  æ  © œ î ß –& ñ ô  Ç  © œI  À Ò { 9 s  .  

 ] j  H 12 > h_  ¼ 1 π  ^ ‰ — ¸" fo  ×  æ 4 > h   É r ¼ 1 π  ^ ‰ü <

/ B

N Ä » “ ¦, À Ò { 9 “ É r ¼ 1 π  ^ ‰ 2> h, Ú ÔÀ Ò s à ԍ  H 3 > h — ¸

∗

E-mail: [email protected];

Tel: +82-52-259-2330; Fax: +82-52-259-1693

"

fo \  ¦ / B N Ä » “ ¦ e ”   H + þ AI s  . : £ ¤ y  anatase  H ï  rî ß –& ñ



© œÜ ¼– Ð" f 800

^◦

C s  © œ_  \ P % ƒo  õ & ñ \  _ K " f rutile– Ð

„ 

s  >   ) a  . s  Qô  Ç   & ñ  © œ_  + þ A$ í “ É r Ø  ¦µ 1 ÏÓ ü t| 9 õ  6   x B

, 8 ú ¤ B ,  ïh A~ ½ ÓZ O , ™ è$ í “ : r • ¸ 1 p x \  _ K    & ñ  ) a   [14, 15]. TiO

2

~ à Ì} Œ •_  ] j Œ • ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ѝ  H evaporatingZ O  [16], sputteringZ O  [17], CVDZ O  [18], sol-gelZ O  [19] 1 p x s  e ”  .

s

 Qô  Ç # Œ Q ] j› ¸~ ½ ÓZ O [ þ t ×  æ \ " f a % ¦- 0 qZ O “ É r · û ª“ ¦ È Ò" î ô  Ç

~ Ã

Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ •   H X < Ä »o  “ ¦, ± ú “ É r “ : r • ¸\ " f @ /€  & h   ï h As  0 p x  9 [20], ç  H| 9  “ ¦ Z  }“ É r í  H • ¸_  ~ à Ì} Œ •`  ¦ % 3 `  ¦ Ã

º e ”  . ¢ ¸ô  Ç 7 £ x‚ Ã Ì Ó ü t| 9 _  › ¸$ í x 9  ™ D ¥½ + Ëq _  › ¸] X s  6   x s

 “ ¦, ~ à Ì} Œ • ] j Œ •\  e ” # Q" f F ‰ & ³$ í s  Ä ºÃ º # Œ Ä »o  x 9 

“

¦ì  r   t t ^ ‰\  ~ à Ì} Œ •`  ¦ + þ A$ í ½ + É Ã º e ” Ü ¼ 9 [21], 8 ú ¤ B 
 '

‘ ] j 1 p x`  ¦ s 6   x # Œ ~ à Ì} Œ •_  F  g† < Æ& h  x 9  ½ ¨› ¸& h  : £ ¤$ í 1 p x

`

 ¦  Ä »\  v >  › ¸] X ½ + É Ã º e ”   H  © œ& h s  e ”   [22,23]. ‘ : r ƒ  

½

¨\ " f  H a % ¦- 0 qZ O `  ¦ s 6   x # Œ TiO

²

a % ¦ õ  ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • 

“

¦, a % ¦ ] j Œ •r   6   xô  Ç 8 ú ¤ B _  † < Ê| ¾ Óõ  ~ à Ì} Œ •] j Œ • Ê ê \ P % ƒ o

 “ : r • ¸\    É r TiO

2

~ à Ì} Œ •_  F  g† < Æ& h , ½ ¨› ¸& h  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸



 % i  .

-109-

II. ÷ m Ç] M öU ê s0 n É

a

% ¦- 0 q g Ë >t  ïh AZ O `  ¦ s 6   x # Œ TiO

²

~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • l  0 AK " f  H $ í 0 p x s  Ä ºÃ ºô  Ç TiO

2

a % ¦`  ¦ ] j› ¸   H  כ s  ×  æ כ ¹

 . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H TiO

2

a % ¦`  ¦ ] j› ¸ l  0 AK  Ø  ¦µ 1 ÏÓ ü t| 9 

–

Ѝ  H Titanium tetra-isopropoxide(TTIP, Junsei Chemi- cal)\  ¦  6   x % i Ü ¼ 9, TTIP_  à ºì  r K \  ¦ 0 Aô  Ç Ó ü t“ É r œ í í

 H à º\  ¦  6   x % i  . Õ ªo “ ¦ hydrochloric acid(HCl)`  ¦ 8 ú ¤ B

– Ð  6   x % i “ ¦, TiO

2

a % ¦“ É r TTIP ü < isopropanol_  ™ D ¥

½ +

ËÓ ü t \  xM % i í ß – à º6   xÓ  o(x = 0.7, 1.0, 2.0, 3.0, and 4.0)õ  isopropanol_  ™ D ¥½ + ËÓ ü t`  ¦ & h  # Œ ½ + Ë$ í % i  . ] j› ¸  ) a a % ¦

“ É

r ´ ú ¨“ É r ” ¸ê ø ÍÒ  o`  ¦ ` (“ ¦ 6> h Z 4 s  © œ î ß –& ñ  ) a  © œI \  ¦ Ä »t  

%

i  . ] j› ¸  ) a TiO

2

a % ¦_  pH  H 8 ú ¤ B  † < Ê| ¾ Ó\    " f 1.9\ 

"

f 4.3 t 
 z Œ ¤ .

a

% ¦- 0 q g Ë >t  ïh AZ O \ " f ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa   H l ó ø Í_  “   © œ5 Å q

•

¸\  _ K  ý aÄ º  ) a  . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H ] j Œ •ô  Ç a % ¦`  ¦  6   x 

#

Œ l ó ø Í_  “   © œ5 Å q • ¸\  ¦ 100 mm/min Ü ¼– Ð { 9 & ñ >  Ä »t 

% i  . Õ ªo “ ¦ “ ¦“ : r \ " f \ P % ƒo ô  Ç ~ à Ì} Œ •_  : £ ¤$ í `  ¦ › ¸ 

l  0 AK  l ó ø ÍÜ ¼– Ѝ  H quartz glass(50 × 20 mm)\  ¦  6   x

% i “ ¦,  ïh A „  \  · ú ˜ ï`  ¦,  [ j— : r, 3  7 £ x À Óà º 1 p x Ü ¼– Ð l  ó

ø Í`  ¦ [ j' ‘  % i  . ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa \  ¦ 7 £ x r v l  0 AK " f 3 r ì

ø Í4 Ÿ ¤  ïh A`  ¦ z  ´r  % i “ ¦, TiO

2

~ à Ì} Œ •_  > €  Ò q t$ í ~ ½ Ót \  ¦ 0 A # Œ 100

^◦

C_  “ : r • ¸\ " f 30ì  rç ß – | › ¸õ & ñ `  ¦ z  ´r  % i  Ü

¼ 9, ~ à Ì} Œ •_  \ P % ƒo  “ : r • ¸\    É r : £ ¤$ í `  ¦ › ¸  l  0 AK  5

^◦

C/min_  5 p x“ : r5 Å q • ¸– Ð y Œ • \ P % ƒo  “ : r • ¸ t  5 p x“ : r r †   Ê

ê 400

^◦

C ∼ 1000

^◦

C # 3 0 A\ " f_  “ : r • ¸\ " f 1r ç ß – 1 l xî ß –

\ P

% ƒo  % i  .

TiO

2

~ à Ì} Œ •_    & ñ  © œ    o\  ¦ ì  r$ 3  l  0 AK  X-‚    r] X  ì

 r$ 3 (Philips PW3710, CuK±)`  ¦ s 6   x % i “ ¦, 8 £ ¤& ñ  ) a  r ] X

 J ‡  Ü ¼– РÒ'   6 £ §_  Scherrer d ” `  ¦ s 6   x # Œ ~ à Ì} Œ •_ 

 

& ñ  © œ_  ß ¼l \  ¦ > í ß – % i   [24].

L = kλ

β cos θ (1)

#

Œl " f, L“ É r TiO

2

~ à Ì} Œ •_    & ñ ß ¼l s “ ¦, k  H  © œ Ã

º(=0.94), λ  H X-‚  _    © œ(CuKα = 1.5406 ˚ A), ⍠ H z 

´] j ì ø Íu ; Ÿ ¤, θ  H peak ×  æd ” _   r] X  y Œ •• ¸s  . Õ ªo “ ¦ Ô

 ¦ç  H{ 9 ô  Ç   + þ A§ 4 \  _ ô  Ç % ò † ¾ ӓ É r Á ºr  % i Ü ¼ 9, XRD  © œ q

_  l > & h  ‚  ; Ÿ ¤“ É r ] jü @ % i  . ~ à Ì} Œ • ³ ð€  _  p [ j½ ¨› ¸

\

 ¦ ì  r$ 3  l  0 AK  Å Ò „   ‰ & ³p  â (Hitachi S-4200)`  ¦   6

 

x % i Ü ¼ 9, ~ à Ì} Œ •_  È Òõ Ö  ¦“ É r UV-VIS ì  rF  gF  g • ¸> (HP 8453)\  ¦  6   x # Œ 300 ∼ 1000 nm_    © œ% ò % i \ " f 8 £ ¤& ñ

% i  . 8 £ ¤& ñ  ) a È Òõ Ö  ¦ Õ ªA á Ԗ РÒ'   6 £ §_  d ” `  ¦ s 6   x

# ΠTiO

²

~ à Ì} Œ •_  porosity\  ¦ > í ß – % i   [25].

Porosity =



1 − n

²

− 1 n

²_D

− 1



× 100(%) (2)

Fig. 1. FT-IR spectra of TiO

₂

powder.

é

ß –, n

_D

  H pore-freeô  Ç ~ à Ì} Œ •_  Na Û ¼& 7 ˜à Ô! 3  D‚  (589 nm) \ " f_  Ï ã J] X Ò  ¦(n

D

= 2.52) s  9, n“ É r ~ à Ì} Œ •_  Ï ã J] X Ò  ¦ s

  [26].

III. + s ÇÊ Ý õ m Í À X Ø8 ý

Fig. 1“ É r \ P % ƒo  › ¸| \    É r TiO

2

ì  r´ ú ˜_   o† < Æ& h  ½ ¨

›

¸ü <   ½ + Ë\  p u   H % ò † ¾ Ó`  ¦ · ú ˜ ˜ Ðl  0 AK   © œ“ : r ì  r´ ú ˜õ  300

^◦

C ü < 500

^◦

C \ " f y Œ •y Œ • \ P % ƒo ô  Ç TiO

₂

ì  r´ ú ˜_  FT- IR Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ Õ ªA á Ԗ Ð
  · p כ s  .  © œ“ : r(25

^◦

C) \ " f

|

› ¸ô  Ç  â Ä º 1620 cm

⁻¹

  H % ƒ_  f  ¨ à ºx ß ¼
 
  H X <, s

 כ “ É r -OH l \  K { © œ “ ¦, 900cm

⁻¹

∼ 1300cm

⁻¹

% ò % i  _  x ß ¼  H Ä »l Ó ü t \  _ ô  Ç f  ¨ à ºx ß ¼\  ¦
  · p . Õ ªo “ ¦ 300

^◦

C s  © œ\ " f \ P % ƒo   ) a ì  r´ ú ˜_   â Ä º Ä »l Ó ü t s   _  ” > r F

 t  · ú §6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  .

Fig. 2 ü < 3“ É r 8 ú ¤ B _  0 l x • ¸ 0.7 Mõ  4.0 M\ " f ] j› ¸ ô 

Ç a % ¦ – Ð ] j Œ •ô  Ç TiO

2

~ à Ì} Œ •`  ¦ @ /l  ì  r0 Al \ " f furnace\  ¦



6   x # Œ 400

^◦

C ∼ 1000

^◦

C_  “ : r • ¸\ " f 1r ç ß – 1 l xî ß – \ P % ƒ o

ô  Ç ~ à Ì} Œ •_  XRD J ‡  `  ¦
  · p  כ s  . Õ ªa Ë >\ " f 2θ

20 ∼ 30

^◦

“   % ò % i _   ™ è Z  }“ É r peak  H l ó ø ÍÜ ¼– Ð  6   xô  Ç quartz glass_  X-‚   ƒ  5 Å q: £ ¤$ í / B G‚  `  ¦
  · p . — ¸Ž  H ~ Ã Ì }

Œ

•“ É r \ P % ƒo  „  \  q & ñ | 9 s % 3 Ü ¼ 9, 400

^◦

C \ " f \ P % ƒo  ô 

Ç ~ à Ì} Œ •“ É r  
 ] j x ß ¼
 z Œ ¤ . s   H TiO

2

~ à Ì} Œ •s  q

& ñ | 9 \ " f  
 ] j   & ñ ½ ¨› ¸– Ð „  ¨ 8 Š ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò



 H   õ s  . Õ ªo “ ¦ \ P % ƒo  “ : r • ¸\  ¦ 400

^◦

C \ " f 600

^◦

C

–

Ð 7 £ x r ( ” \      
 ] j x ß ¼_  ß ¼l   H 7 £ x  % i 



 H X <, s   H ~ à Ì} Œ •_   
 ] j   & ñ $ í s  > h‚  ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ _  p

ô  Ç . 0.7 M_  TiO

2

~ à Ì} Œ •_   â Ä º 800

^◦

C \ " f  
  ]

j   & ñ  © œë ß – ˜ Ð% i Ü ¼
 4.0 M_  TiO

2

~ à Ì} Œ •“ É r 800

^◦

C \ 

"

f  
 ] jü < À Ò { 9    & ñ  © œs  1 l x r \  ™ D ¥½ + Ë÷ &# Q
  z

Œ ¤ . 1000

^◦

C \ " f ~ à Ì} Œ •`  ¦ \ P % ƒo  % i `  ¦  â Ä º  
 ] j

Table 1. Crystallite size of TiO

2

thin films calcined at various temperlatures.

Calcination Crystallite size (nm) Molarity

temperature anatase(101) rutile(110) rutile(101)

400

^◦

C 12 - -

600

^◦

C 16 - -

0.7 M

800

^◦

C 20 - -

1000

^◦

C - 22 20

400

^◦

C 14 - -

600

^◦

C 17 - -

1.0 M

800

^◦

C 21 20 -

1000

^◦

C - 22 22

400

^◦

C 16 - -

600

^◦

C 18 - -

2.0 M

800

^◦

C 24 20 -

1000

^◦

C - 23 23

400

^◦

C 16 - -

600

^◦

C 20 - -

3.0 M

800

^◦

C 23 22 -

1000

^◦

C - 24 24

400

^◦

C 17 - -

600

^◦

C 18 - -

4.0 M

800

^◦

C 20 26 -

1000

^◦

C - 24 27

x

ß ¼  H
 
t  · ú §“ ¦ À Ò { 9  x ß ¼ë ß – 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3  . s ° ú  

“ É

r ‰ & ³ © œ“ É r 8 ú ¤ B 0 l x • ¸ Z  }`  ¦ à º2 Ÿ ¤ ± ú “ É r “ : r • ¸\ " f À Ò { 9 

 

& ñ  © œs  + þ A$ í H † d`  ¦ · ú ˜ à º e ”   H  כ Ü ¼– Ð 8 ú ¤ B ] j“   % i í ß –_  0

l

x • ¸ 7 £ x  €  " f 8 ú ¤ B ] j\  _ ô  Ç   & ñ  © œ „  s  8 ú ¤”  

÷

&# Q µ 1 ÏÒ q tô  Ç   õ – Ð ó ø Íé ß – ) a   [27,28].

Table 1“ É r 8 ú ¤ B  0 l x • ¸\  ¦ ² ú ˜o  # Œ ] j Œ •ô  Ç TiO

₂

~ à Ì} Œ •_ 

\ P

% ƒo  “ : r • ¸\    É r   & ñ ß ¼l \  ¦ XRD   õ – РÒ'  > í ß – ô 

Ç  כ Ü ¼– Ð, \ P % ƒo  “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     TiO

2

~ à Ì} Œ •_ 

Fig. 2. XRD patterns of TiO

2

thin films prepared from 0.7 M solution.

 

& ñ ß ¼l   H t 5 Å q& h Ü ¼– Ð 7 £ x  % i  . 400

^◦

C_   â Ä º,  

 ] j   & ñ ß ¼l   H 2.0 M õ  3.0 M\ " f  H  _     o \ O  Ü

¼
 8 ú ¤ B _  0 l x • ¸ 7 £ x ½ + Éà º2 Ÿ ¤ 12 nm \ " f 17 nm– Ð 7 £ x

 % i  . 600

^◦

C \ " f  H 3.0 M  t   H 8 ú ¤ B _  0 l x • ¸ 7 £ x

½ + Éà º2 Ÿ ¤  
 ] j   & ñ ß ¼l  16 nm\ " f 20 nm– Ð 7 £ x

   4.0 M\ " f  H 18 nm – Ð y Œ ™™ è % i  . s  כ “ É r 4.0 M_  0 l x • ¸\ " f  
 ] j\ " f À Ò { 9 – Ð_   © œ„  s  r  Œ •

÷

&l  M :ë  H“    כ Ü ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a  . “ ¦“ : r“   800

^◦

C \ " f  H 2.0 M \ " f  
 ] j   & ñ ß ¼l  24 nm– Ð þ j@ / ÷ &% 3  

3.0 M \ " f  
 ] j   & ñ ß ¼l  23 nm– Ð y Œ ™™ è % i  .

ì

ø ̀   À Ò { 9    & ñ ß ¼l   H „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð 7 £ x  % i  . 8 ú ¤ B  _

 0 l x • ¸ 1 M˜ Ð   H  â Ä º, 800

^◦

C s  © œ_  “ : r • ¸\ " f  H (110) €  _  À Ò { 9 – Ð „  ¨ 8 Š ÷ &% 3     É r €  “   (101) €   _  À Ò { 9 – Ð „  ¨ 8 Š ÷ &% 3  . 1M\ " f  H (110) €  _  À Ò { 9 

\

" f (101) €  _  À Ò { 9 – Ð „  ¨ 8 Š ÷ &€  " f À Ò { 9  { 9  _  ß ¼ l

 y Œ ™™ èô  Ç ì ø ̀  , 4.0 M\ " f  H (110) €  _  À Ò { 9 \ " f (101) €  _  À Ò { 9 – Ð „  ¨ 8 Š ÷ &€  " f { 9  _  ß ¼l  7 £ x  

%

i  . s   H XRD J ‡  Ü ¼– Ð S X ‰ “  ô  Ç  כ % ƒ! 3  8 ú ¤ B _  0 l x • ¸

7

£

x ½ + Éà º2 Ÿ ¤  
 ] j\ " f À Ò { 9 – Ð_   © œ„  s  8 ú ¤”   ) a

 כ

÷  rë ß –  m   " f– Ð   É r €  \  e ”   H À Ò { 9    & ñ ß ¼l \ 

•

¸ % ò † ¾ Ó`  ¦ Å Ò% 3  .

Fig. 4 ü < 5  H 8 ú ¤ B _  0 l x • ¸ 0.7 Mõ  4.0 M\ " f 7 £ x‚ Ã Ì ô 

Ç TiO

₂

~ à Ì} Œ •`  ¦ y Œ • “ : r • ¸\ " f \ P % ƒo  # Œ ³ ð€  `  ¦ „   Å Ò



‰ & ³p  â (SEM)`  ¦  6   x # Œ 8 £ ¤& ñ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð ] j Œ • ) a ~ à Ì} Œ • s

 ç  H{ 9  >  + þ A$ í ÷ &% 3 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  . TiO

²

~ à Ì} Œ •

`

 ¦ 400

^◦

C – Ð \ P % ƒo ô  Ç  כ “ É r 2  { 9  \  ¦ ½ ¨Z >  l  # Q§ > 

“

¦, 600

^◦

C – Ð \ P % ƒo ô  Ç ~ à Ì} Œ •“ É r €  • 30 nm ß ¼l _  2  { 9 



– Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q e ”  . \ P % ƒo  “ : r • ¸\  ¦ 800

^◦

C – Ð 7 £ x r &  y

Œ

• ~ à Ì} Œ •`  ¦ \ P % ƒo  % i `  ¦  â Ä º, ~ à Ì} Œ • — ¸¿ º 2  { 9  _  Ó ü æ 5

g”    © œI  Ì º§  >  › ' a¹ 1 Ï÷ &% 3  . Õ ªo “ ¦ 50 ∼ 100 nm

Fig. 3. XRD patterns of TiO

2

thin films prepared from

4.0 M solution.

Fig. 4. SEM micrographs of 0.7 M TiO

2

thin films. (a) 400

^◦

C (b) 600

^◦

C (c) 800

^◦

C (d) 1000

^◦

C.

Fig. 5. SEM micrographs of 4.0 M TiO

2

thin films. (a) 400

^◦

C (b) 600

^◦

C (c) 800

^◦

C (d) 1000

^◦

C.

ß

¼l _  2  { 9  [ þ t – Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q4 R e ” 6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” 

%

3  . ¢ ¸ô  Ç Fig. 4(c) ∼ (d)ü < Fig. 5(c) ∼ (d)\ " f 8 ú ¤ B  _

 0 l x • ¸ 7 £ x ½ + Éà º2 Ÿ ¤ porosity  y Œ ™™ è # Œ ~ à Ì} Œ •s  › ¸x 9 

“ ¦ ç  H{ 9 † < Ê`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” “ ¦ Ó ü æ 5 g”   { 9  [ þ t_  + þ AI 

½

¨+ þ As   _ ” `  ¦ › ' a¹ 1 Ͻ + É Ã º e ” % 3  . \ P % ƒo  “ : r • ¸ü < 8 ú ¤ B _  0

l

x • ¸ 7 £ x ½ + Éà º2 Ÿ ¤ ~ à Ì} Œ •_  2  { 9  _  ß ¼l  ´ ú §s  $ í  © œ

% i Ü ¼ 9 ~ à Ì} Œ •_  › ¸x 9 • ¸  H  8¹ ¡ ¤ > h‚  ÷ &% 3  . 1000

^◦

C_ 

\ P

% ƒo  “ : r • ¸– Ð ] j Œ • ) a ~ à Ì} Œ •“ É r — ¸Ž  H 0 l x • ¸\ " f 2  { 9  \  ¦

› '

a¹ 1 Ï l  # Q§ > “ ¦, ~ à Ì} Œ •_  @ / Òì  r s  
_  é # Qo – Ð Ó ü æ 5

g4 R e ” # Q 800

^◦

C \ " f_  { 9  [ þ t ˜ Ð   s `›   & & ’ “ ¦, 0 l x • ¸

s \  _ ô  Ç { 9  _  ß ¼l • ¸ ß ¼>  s  z Œ ™`  ¦ ^  ¦ à º e ” 

%

3  . s ü < ° ú  s  Z  }“ É r \ P % ƒo  “ : r • ¸\  _ ô  Ç   & ñ  © œ„  s  ü

< 8 ú ¤ B – Ð  6   xô  Ç % i í ß –_  0 l x • ¸\    " f ~ à Ì} Œ •_  ³ ð€   © œ I

 s  Ì º§  > 
 z Œ ™`  ¦ ^  ¦ à º e ” % 3  .

Fig. 6 õ  7“ É r 8 ú ¤ B _  0 l x • ¸ 0.7 Mõ  2.0 M\ " f 7 £ x‚ Ã Ì ô 

Ç TiO

₂

~ à Ì} Œ •`  ¦ UV-VIS ì  rF  gF  g • ¸> \  ¦  6   x # Œ 300 ∼ 1000 nm   © œ% ò % i \ " f È Òõ Ö  ¦`  ¦ 8 £ ¤& ñ ô  Ç  כ s  . 350 ∼ 800 nm   © œ% ò % i \ " f È Òõ Ö  ¦ Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 s   1 l x+ þ AI – Ð
 

è ß –  כ “ É r ~ à Ì} Œ •_  ç ß –[ O \  _ ô  Ç  כ s  . s  ç ß –[ O  Û ¼& 7 ˜à Ô

!

3 _  ”  ; Ÿ ¤“ É r \ P % ƒo  “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     7 £ x    H  כ

`

 ¦ ^  ¦ à º e ”  . s  Qô  Ç   õ   H TiO

2

~ à Ì} Œ •_  Ï ã J] X Ò  ¦ s  7 £ x

 “ ¦ ì ø ̀  \  ¿ ºa   H y Œ ™™ è   H  כ `  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . 800

^◦

C s

 © œ\ " f \ P % ƒo   ) a À Ò { 9  TiO

2

~ à Ì} Œ •_  f  ¨ à ºé ß –“ É r  
 

] j\ " f À Ò { 9 – Ð  © œ„  s  H † d \     ˜ Ð  |     © œ% ò % i  Ü

¼– Ð s 1 l x % i  . s  ° ú  “ É r s 1 l x‰ & ³ © œ“ É r  
 ] j\ " f À Ò 

{ 9    & ñ  © œÜ ¼– Ð „  ¨ 8 ŠH † d Ü ¼– Ð+ ‹ TiO

2

~ à Ì} Œ •_   ½ ™× ¼Ì “ s \ 



-t     o ) a  כ \  l “  ô  Ç . Õ ªo “ ¦, y Œ •y Œ •_  Õ ªa Ë >\ " f 800

^◦

C s  © œ_  \ P % ƒo  “ : r • ¸\  _ K  ] j Œ • ) a TiO

2

~ à Ì} Œ •_  È

Òõ Ö  ¦ s  300 ∼ 700 nm_    © œ% ò % i \ " f  © œ{ © œy  y Œ ™™ è 

“

¦ e ”  . z  ´] j 800

^◦

C s  © œ_  Z  }“ É r “ : r • ¸\ " f ] j Œ • ) a ~ Ã Ì }

Œ

•“ É r ¹ ¢ ¤î ß –Ü ¼– Ð ¨ î  # Œ• ¸ Í Ò\ P “ ¦ Ô  ¦ È Ò" î >     o % i 

Fig. 6. UV-VIS spectra of TiO

2

thin films prepared from 0.7 M solution.

Fig. 7. UV-VIS spectra of TiO

2

thin films prepared from

2.0 M solution.

Fig. 8. Porosities of TiO

2

thin films for calcination tem- perature and catalyst concentration.



. s  Qô  Ç   õ   H  
 ] j\ " f À Ò { 9    & ñ  © œÜ ¼– Ð  © œ

„ 

s  { 9 # Qz Œ ™Ü ¼– Ð “  K  µ 1 ÏÒ q tô  Ç f  ¨ à º M :ë  H“    כ Ü ¼– Ð ó ø Í é

ß – ) a  .  6   xô  Ç % i í ß –_  0 l x • ¸ 7 £ x † < ÊÜ ¼– Ð “  K " f ~ à Ì} Œ • _

  © œ„  s ü < ³ ð€    © œI \  p u   H % ò † ¾ Ós  ˜ Ð  ± ú “ É r \ P % ƒ o

 “ : r • ¸\ " f { 9 # Qz Œ ¤ .

Fig. 8“ É r 8 ú ¤ B – Ð  6   xô  Ç % i í ß –_  0 l x • ¸\  ¦ 7 £ x  # Œ ] j Œ • ô 

Ç TiO

₂

~ à Ì} Œ •_  porosity\  ¦
  · p Õ ªA á Ôs  . Fig. 8\ 

"

f \ P % ƒo  “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     porosity  H 0.7M ~ à Ì} Œ •

“

É r 28.2 \ " f 25.7 %– Ð, 1.0M ~ à Ì} Œ •“ É r 27.4 \ " f 22.4 %– Ð, 2.0M ~ à Ì} Œ •“ É r 25.7 \ " f 17.2 %– Ð, 3.0M ~ à Ì} Œ •“ É r 24.9 \ " f 14.6 % – Ð, 4.0M ~ à Ì} Œ •“ É r 24.1 \ " f 8.3 %– Ð y Œ ™™ è† < Ê`  ¦ S X ‰ “  

½ +

É Ã º e ” % 3  . s  כ “ É r \ P % ƒo  “ : r • ¸ 7 £ x ½ + Éà º2 Ÿ ¤ ~ à Ì} Œ •? / _  l / B N s    t “ ¦ › ¸x 9 • ¸ > h‚   ) a  כ Ü ¼– Ð ó ø Íé ß –÷ & 9, Fig. 4 ü < 5_  (d)\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  8 ú ¤ B ] j_  0 l x • ¸

7

£

x ½ + Éà º2 Ÿ ¤ { 9  ß ¼l  7 £ x  # Œ ~ à Ì} Œ •_  l / B N s   Œ • t 



 H  כ `  ¦ ^  ¦ à º e ” % 3   [29].   " f \ P % ƒo  “ : r • ¸ü < 8 ú ¤ B  ]

j_  7 £ x   H ~ à Ì} Œ •_  Ï ã J] X Ò  ¦`  ¦ 7 £ x r v “ ¦ ˜ Ð  › ¸x 9 ô  Ç

~ Ã

Ì} Œ •`  ¦ + þ A$ í † < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  .

IV. + s Ç Â ] Ø

‘

: r  7 Hë  H \ " f  H a % ¦- 0 qZ O \  _ K  TiO

2

~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • “ ¦, a

% ¦ ] j Œ •r   6   xô  Ç 8 ú ¤ B _  † < Ê| ¾ Óõ  Ê ê% ƒo  õ & ñ “   \ P % ƒo 

“

: r • ¸\    É r ~ à Ì} Œ •_  F  g† < Æ& h , ½ ¨› ¸& h  : £ ¤$ í \  @ / # Œ ƒ  

½

¨ % i  . TiO

2

~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • l  0 A # Œ Ø  ¦µ 1 ÏÓ ü t| 9 – Ѝ  H w

 ³ o u · ú ˜9  q  s × ¼\  ¦  6   x “ ¦ 6   x B – Ѝ  H s ™ èá Ԗ Ѐ 9  · ú ˜



ï`  ¦`  ¦, 8 ú ¤ B – Ѝ  H HCl`  ¦  6   x # Œ TiO

²

a % ¦`  ¦ ] j› ¸ % i 



. TiO

2

~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ • l  0 AK  g Ë >t  ïh AZ O `  ¦  6   x % i  Ü

¼ 9, “   © œ5 Å q • ¸  H 100 mm/min Ü ¼– Ð Ä »t  % i  . ~ à Ì} Œ •_ 

 

& ñ  o\  ¦ 0 A # Œ 100

^◦

C \ " f 30ì  rç ß – | › ¸õ & ñ `  ¦  • 2 ; Ê ê 5 p

x“ : r 5 Å q • ¸\  ¦ 5

^◦

C/min Ü ¼– Ð # Œ 400 ∼ 1000

^◦

C_  “ : r • ¸

\

" f 1r ç ß – 1 l xî ß – \ P % ƒo  % i  .

]

j› ¸ô  Ç TiO

₂

a % ¦“ É r à ºì  r õ  Ä »l Ó ü t 1 p x s  — ¸¿ º 7 £ xµ 1 Ï # Œ



_  ” > r F  t  · ú §6 £ §`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3 “ ¦, 400

^◦

C ü < 600

◦

C_  “ : r • ¸\ " f \ P % ƒo ô  Ç TiO

₂

~ à Ì} Œ •“ É r  
 ] j   & ñ  © œ

`

 ¦
 ? /% 3  . 800

^◦

C_   â Ä º 8 ú ¤ B _  0 l x • ¸ 0.7 M˜ Ð



 Z  }“ É r 0 l x • ¸\ " f  H  
 ] jü < À Ò { 9 s  ™ D ¥½ + Ë÷ &# Q
 

z Œ ¤“ ¦, 1000

^◦

C \ " f  H — ¸¿ º À Ò { 9    & ñ  © œs 
 z Œ ¤Ü ¼ 9,  © œ„  s  “ : r • ¸  H 8 ú ¤ B _  † < Ê| ¾ Ós  7 £ x † < Ê\        % i 



. ¢ ¸ô  Ç ~ à Ì} Œ •_    & ñ ß ¼l   H 8 ú ¤ B _  † < Ê| ¾ Óõ  \ P % ƒo  “ : r

•

¸ 7 £ x ½ + Éà º2 Ÿ ¤ 7 £ x  % i  . SEM  ”  `  ¦ : Ÿ x K  600

^◦

C

\

" f \ P % ƒo ô  Ç ~ à Ì} Œ •\ " f 1  { 9   Ó ü æ 5 g”    © œI “   2  { 9

 _  ß ¼l  30 ∼ 40 nme ” `  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3 “ ¦, 1000

◦

C \ " f  H Õ ª ß ¼l  150 ∼ 300 nm– Ð 7 £ x  % i “ ¦, ~ à Ì} Œ •

“ É

r  8¹ ¡ ¤ › ¸x 9 K & ’  . 8 ú ¤ B _  0 l x • ¸ Z  }“ É r a % ¦`  ¦  6   xô  Ç ~ Ã Ì }

Œ •\ " f 2  { 9  _  ß ¼l   © œ@ /& h Ü ¼– Ð ß ¼> 
 z Œ ¤Ü ¼ 9,

 

& ñ $ í õ  › ¸x 9  o & ñ • ¸ Ä ºÃ º > 
 z Œ ¤ .

800

^◦

C s  © œ_  \ P % ƒo  “ : r • ¸\  _ K  ] j Œ • ) a TiO

2

~ à Ì} Œ • _  È Òõ Ö  ¦“ É r 300 ∼ 800 nm_    © œ% ò % i \ " f  © œ{ © œy  y Œ ™™ è

  H  כ Ü ¼– Ð
 z Œ ¤ . s   H ~ à Ì} Œ •_    & ñ  © œ    oü < “ ¦“ : r

\

" f ~ à Ì} Œ •_  › ¸$ í s    † < ÊÜ ¼– Ð “  K  µ 1 ÏÒ q tô  Ç f  ¨ à º M :ë  H“  

 כ

Ü ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a  . 8 ú ¤ B | ¾ Ó`  ¦ 7 £ x r (  `  ¦  â Ä º s  Qô  Ç f  ¨ Ã

º ‰ & ³ © œs   © œ@ /& h Ü ¼– Ð ± ú “ É r “ : r • ¸\ " f
 z Œ ¤ . ¢ ¸ô  Ç \ P 

%

ƒo  “ : r • ¸ü < 8 ú ¤ B | ¾ Ós  7 £ x † < Ê\     { 9   ß ¼l  7 £ x 

# Œ ~ à Ì} Œ •_  porosity  H y Œ ™™ è % i  . s  ° ú  “ É r ‰ & ³ © œ“ É r \ P 

%

ƒo  1 l xî ß –\  ~ à Ì} Œ • ? /_  l / B N s    t €  " f › ¸x 9 K & ’ l  M

:ë  H“    כ Ü ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a  .

‘

: r  7 Hë  H_  ƒ  ½ ¨  õ – РÒ' , TiO

2

a % ¦`  ¦  6   x # Œ a % ¦- 0 q g Ë

>t  ïh AZ O  ] j Œ •ô  Ç TiO

2

~ à Ì} Œ •_  F  g† < Æ& h , ½ ¨› ¸& h  : £ ¤$ í “ É r

\ P

% ƒo  “ : r • ¸ü <  6   xô  Ç 8 ú ¤ B ] j_  0 l x • ¸\     B Ä º x 9 ] X  ô 

Ç › ' a >  e ” Ü ¼ 9,  € ª œô  Ç    o
 
  H  כ `  ¦ · ú ˜ à º e ”

% 3  .

P c

p 8 ý ò k >

‘

: r ƒ  ½ ¨  H í ß –\ O  " é ¶  Ò_  t % i + À :’   “  § 4 € ª œ$ í  \ O _  ƒ  

½

¨  õ – Ð Ã º' Ÿ ÷ &% 3 6 £ §.

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] H. Hiroshi and K. Takao, Sol-Gel Optics a, John

D. Mackenzie, Ed., Proc. SPIE. 1758, 67 (1992).

[2] H. Bach and D. Krause, Thin Films on Glass (Springer, Verlag Berlin Heidelberg, Germany, 1997), Chap. 4.

[3] H. Kostlin, G. Frank, G. Hebbinghaus, H. Auding and K. Denissen, J. Non-Cryst. Solids. 218, 347 (1997).

[4] Y. Yan, S. R. Chaudhuri and A. Sarkar, J. Am. Ce- ram. Soc. 79, 1061 (1996).

[5] H. Tang, K. Prasad, R. Sanjin´ es and F. L´ evy, Sen- sors and Actuators B. 26-27, 71 (1995).

[6] J. Zhai, T. Yang, L. Zhang and X. Yao, Ceram.

International. 25, 667 (1999).

[7] J. C. Yu, J. Yu and T. Zhao, Applied Catalysis. 36, 31 (2002).

[8] J. Yu, X. Zhao and Q. Zhao, Mater. Chem. Phys.

69, 25 (2001).

[9] T. Miki, K. Nishizawa, K. Suzuki and K. Kato, Mat.

Letts. 58, 2751 (2004).

[10] R. N. Viswanath and S. Ramasamy, Coll. Sur. A.

133, 49 (1998).

[11] P. Chrysicopoulou, D. Davazoglou and G. Kordas, Thin Solid Films. 323, 188 (1998).

[12] L. Wicikowski, B. Kusz, L. Murawski, K. Szani- awska and B. Sus, Vacuum. 54, 221 (1999).

[13] H. Lin, H. Kozuka and T. Yoko, Thin Solid Films.

315, 111 (1998).

[14] H. Bach and D. Krause, Thin Films on Glass (Springer-Verlag, Berlin, Germany, 1997), Chap. 4.

[15] L. Hu, T. Yoko, H. Kozuka and S. Sakka, Thin Solid Films. 219, 18 (1992).

[16] Y. L. Wang and K. Y. Zhang, Surf. Coat. Technol.

140, 155 (2001).

[17] S. Takeda, S. Suzuki, H. Odaka and H. Hosono, Thin Solid Films. 392, 338 (2001).

[18] H. Y. Ha, S. W. Nam, T. H. Lim, I. H. Oh and S.

A. Hong, J. Memb. Sci. 111, 81 (1996).

[19] L. Hu, T. Yoko, H. Kozuka and S. Sakka, Thin Solid films. 219, 18 (1992).

[20] R. S. Sonawane, B. B. Kale and M. K. Dongare, Mater. Chem. Phys. 85, 52 (2004).

[21] P. Chrysicopoulou, D. Davazoglou, C. Trapalis and G. Kordas, Thin Solid Films. 323, 22 (1998).

[22] H. Yanagi, T. Hishiki, T. Tobitani, A. Otomo and S. Mashiko, Chem. Phys. Lett. 292, 332 (1998).

[23] J. Zhai, L. Zhang and X. Yao, J. Func. Mat. 28, 490 (1997).

[24] B. D. Cullity, Elements of X-Ray Diffraction (Addison-wesley, Notre Dam, USA, 1978), Chap. 9.

[25] B. E. Yoldas and P. W. Partlow, Thin Solid Films.

129, 1 (1985).

[26] W. D. Kingery, H. K. Bowen and D. R. Uhlmann, Introduction to Ceramics (Wiley, New York, USA, 1976).

[27] T. Nishide, M. Sato and H. Hara, Journal of Mate- rial Science 35, 465 (2000).

[28] D. J. Kim, H. J. Lee, S. H. Hahn, Hankook Kwang- hak Hoeji 13, 3 (2002).

[29] Y. Hu, C. Yuan, J. Cryst. Growth 274, 563 (2005).

Preparation and Characteristics of TiO ₂ Thin Film by Using the Sol-Gel Method

Sang Cheol Kim, Min Chan Heo and Sung Hong Hahn

^∗

Department of Physics, University of Ulsan, Ulsan 680-749

Eui Jung Kim

Department of Chemical Engineering, University of Ulsan, Ulsan 680-749

Chung Woo Lee and Jong Hyun Joo Inhee Lighting Co., Ltd, Gyeongju 780-820

(Received 21 December 2004)

TiO

2

thin films were prepared by using a sol-gel process and their structural and optical properties were examined at various calcination temperatures and catalyst concentrations. The XRD result for the TiO

2

thin film calcined at 400

^◦

C showed the anatase phase, that transformed into the rutile phase at 1000

^◦

C. The crystallite size of the films increased with increasing catalyst concentration and calcination temperature, and all films were fabricated uniformly. The films had excellent den- sity uniformity and crystallinity with increasing catalyst content and calcination temperature. The transmittances of the films calcined at 800

^◦

C and 1000

^◦

C were reduced prominently in the wave- length range of 300 ∼ 800 nm due to the absorption resulting from changes in the crystallite phase and the composition in the film. The porosity of the TiO

2

thin films was decreased with increasing calcination temperature and catalyst content, and the absorption occurred at lower temperature with increasing catalyst content.

PACS numbers: 81.20.Fw

Keywords: TiO

2

thin film, Sol-gel method, Optical property, Structural property, Calcination temperature, Catalyst concentration

∗

E-mail: [email protected]