自旋电子学是一门利用电子自旋影响输运性能的新兴学科。巨磁电阻效应(GMR)和隧穿磁电阻效应(TMR)是自旋电子学中的最有应用价值的效应,特别是在数据磁存储领域有着广泛应用。为了提高磁电阻(MR)值,应用具有高自旋极化率的磁性半金属材料是一种有效途径,其中二氧化铬(CrO2)理论上具有100%自旋极化率,也是少数在实验中证实了的具有极高白旋极化率的磁性半金属材料。可是CrO2应用到器件中还有许多难点需要攻克,本工作通过对CrO2薄膜的一些物理现象的研究加深对其物理行为的理解,并通过掺杂改性使其更适合应用在各种器件中。论文中主要包含以下四个方面内容：1.使用化学气相沉积(CVD)方法在金红石TiO2单晶基片上制备出高质量CrO2单晶外延薄膜,在不同晶面的TiO2基片上生长出不同品面的Cr02薄膜。利用XRD、SEM、AFM、HRTEM等设备对样品进行结构和形貌上的表征。用VSM测量样品室温磁性,发现(100)晶面薄膜易磁轴为面内c轴,其矫顽力随厚度变化,归因于衬底与样品之间的晶格不匹配造成界面处应力场的影响。对于(100)(110)(001)三种不同TiO2基片上生长的样品,观察到他们具有不同的生长模式,这种生长模式的不同导致了缺陷的引入,从而影响磁畴的运动。2.CrO2最大的问题是它是热力学亚稳相,CrO2分解在薄膜表面形成的Cr2O3会影响器件的界面。为了解决这个问题,使用化学气相沉积(CVD)方法在(100)TiO2单晶基片上制备了Sn掺杂CrO2薄膜,掺杂浓度为3%。Sn掺杂并没有改变薄膜的生长模式,掺杂伴随着缺陷的引入,使得易轴矫顽力增大,各向异性能减小。通过第一性原理计算表明Sn掺杂并没有改变CrO2的半金属性能。最重要的是通过XRD和HRTEM证实了Sn掺杂提高了CrO2薄膜的热稳定性,为解决CrO2易分解问题指明了方向,我们实验中制备得到的Sn掺杂CrO2薄膜是一种极具应用潜力的材料。3.由于器件中通过磁矩翻转以产生磁电阻效应,故对阻尼系数的研究显得极其重要。对生长在(100)晶面TiO2单晶衬底上的不同浓度Sn掺杂的、不同厚度的以及不同晶面TiO2基片、上生长的CrO2薄膜进行了铁磁共振FMR测试,发现三组样品的共振场的变化规律与它们的饱和磁化强度Ms和饱和磁场Hk相关。更重要的是随着Sn掺杂浓度的提高,阻尼系数α是增大的,根据Kambersky提出的理论,由于Sn掺杂改变了晶格常数,从而氧八面体晶体场造成的eg-t2g劈裂能发生改变,阻尼系数受Sn掺杂浓度影响。(100)和(001)晶面Ti02基片上生长的Cr02薄膜面内[010]方向的阻尼系数a数值差距很大,衬底晶面的选择影响样品的生长方式,可使得相同晶向上的阻尼系数α发生改变。4.对纯的生长在(100)TiO2基片上的Cr02薄膜进行了RT、磁电阻(MR)、变角度磁电阻(AMR)以及Hall效应测试。RT测试发现电阻呈现出极强的各向异性,[001]方向上的电阻明显高出[010]的电阻,这是由于Ti02单晶基片与Cr02薄膜的晶格不匹配度在b轴和c轴方向上不一致造成的,两方向的载流子迁移率有差异。磁电阻(MR)和变角度磁电阻(AMR)都表明,低温时洛伦兹磁电阻占主导,高温时白旋相关磁电阻占主导。观察到了反常Hall效应,其正常霍尔系数和反常霍尔系数在[001]和[010]方向上没有各向异性,R0随温度增大而减小。对Rs进行拟合发现,其随温度变化规律也符合Yanagihara等人得到的结果。随着温度升高,载流子浓度增大,载流子迁移率逐渐降低。在140K-200K这段温度,[010]和[001]方向上的迁移率出现巨大差异,其结果解释与电阻的各向异性一致。