TiO2,俗称钛白粉,由于其特殊的半导体结构,在新能源、环境等领域得到了广泛的研究。本实验室采用常压射频等离子辅助化学气相沉积制备出具有片状相连的独特结构的三维多孔薄膜,其具有大比例高能面暴露、孔隙率高、大比表面积和粗糙因子的优点,在染料敏化太阳能电池和光催化方面具有极佳的应用前景。本文以气相过程为突破口,通过等离子体诊断、气相产物收集、表征以及气相产物调控,探究出了薄膜的特殊沉积机理,为薄膜的三维结构控制、均匀度提高以及大面积薄膜的制备指明了方向。首先,采用等离子体发射光谱、I-V波形以及热电偶探头,充分诊断了Ar/O2/TiCl4常压非平衡等离子体体系的电子温度、离子温度、气体温度以及相关粒子浓度等相关特性。其次,收集和表征气相产物,对气相过程进行深入研究。发现气相产物粒径较小,均为十几个纳米,粒径分布很窄,且气相产物部分结晶,出现自发形核过程。引入“颗粒充电理论”充分解释均匀纳米尺度气相产物的生长机制,由于气相产物均带有负电荷,限制了各气相产物之间的相互吞并及尺寸的过度增长,充分说明了射频常压等离子体辅助沉积的特殊之处。此外还研究了功率、滞留时间、O2流量对气相产物的成分和结晶的影响,研究发现,功率、O：流量增加能显著增加中间产物的TiO2的含量,功率、滞留时间能显著增加中间产物的结晶度。最后,基于气相过程研究结果与薄膜生长过程,提出基于气相自发形核及三维结构薄膜的生长机理：气相自发形核形成的微晶吸附在基片表面,成为生长点,当其它非结晶的中间产物碰到微晶时,会迅速在其上生长,大量的微晶在长大之后,相互交叉,形成三维多孔结构；如此,新的微晶不断附着,三维结构层层生长,形成三维多孔薄膜。对控制薄膜三维结构、以及制备大面积三维结构薄膜具有重要意义。