稀磁半导体(DMS)材料是通过在非磁性化合物半导体中掺杂3d过渡金属或4f稀土金属离子,由杂质离子部分地取代非磁性阳离子所形成的一类新型半导体。磁性离子一般为磁性过渡金属(TM:Mn、Fe、Co、Ni等)或稀土金属离子。ZnO的宽带隙(室温下为～3.37eV)特性有可能使得ZnO基的稀磁半导体的居里温度超过室温(≥300K),利用其可制成新型的磁电、磁光及自旋半导体器件。这些器件的出现将对集成电路与数据储存产业产生深远的影响。　　 近年来国际上基于ZnO基的稀磁半导体开展了大量研究工作,但所取得的成果不尽相同。其中对于材料的铁磁性产生机制、P型掺杂的稳定性等问题仍存较大争议。就目前而言Zn0基稀磁半导体制备方法众多,这就导致了制备出的样品在晶体结构、缺陷及杂质分布等微结构性质上各不相同,这些差异将进一步反映在稀磁半导体的光、电、磁学特性上。因此只有通过对稀磁半导体材料微结构与物理特性的系统、深入研究才能获得关于材料性能的清晰理解,为器件研制打下坚实的基础。本文主要围绕ZnO基稀磁半导体薄膜的制备及光、电、磁学特性展开,通过改变实验中生长参数,检测薄膜的微结构与物理特性的变化,然后分析造成这些变化的原因,其中着重分析了ZnO基稀磁半导体材料的微结构、光学性质与磁学性质问的关联,并讨论了材料的铁磁性产生机制。　　 文章第一章介绍了目前国际上ZnO基稀磁半导体的研究进展,其中包括ZnO晶体的基本性能、ZnO基DMS薄膜的制备方法与实验结果、ZnO基自旋电子器件的研究情况。在概述ZnO基DMS材料研究目前所存在的问题后,给出了本论文的研究目的与方向,简单描述了所开展的工作。　　 材料的制备是整个研究工作的重要一环,论文第二章就所使用的ZnO基DMS薄膜制备设备以及制备步骤做了简要描述,并给出了所需的生长参数。论文第三章系统研究了Co掺杂的ZnO稀磁半导体薄膜的微结构与磁性表现,所制备的ZnxCo1-xO(x=0.33)薄膜在低温下显示为铁磁性,在65K以上显示为超顺磁性,通过对场冷和零场冷M-T及M-H曲线以及场发射扫描电子显微镜照片的分析,将低温(<65K)铁磁态到高温(>65K)超顺磁态的转变归因于薄膜的纳米晶小尺寸效应。　　 第四章研究了退火对Co掺杂ZnO DMS薄膜性能的影响。结果发现,退火使(002)晶面的衍射峰向大角度方向偏移,表明退火使得晶粒粒径增大。同时发现退火前薄膜呈超顺磁性,退火后则为铁磁、超顺磁混合态,表明退火提供了足够能量使得薄膜中一部分磁性Zn0.66Co0.34O小晶粒融合成大晶粒。新晶粒的尺寸超过了Zn0.66Co0.34O材料的超顺磁临界半径而表现出铁磁性,但由于另有部分小晶粒仍表现为超顺磁性,故薄膜呈铁磁性与超顺磁性的混合态。　　 第五章研究了生长温度对Co掺杂的ZnO DMS薄膜性能的影响。300℃与350℃条件下生长的薄膜显示出铁磁性。而生长温度250℃的薄膜在56K以上显示为超顺磁性,XPS测试发现了O1s与Co2p峰位相互作用的迹象,表明薄膜的室温铁磁性与O空位诱发的自旋分裂杂质能级机制相关。