异质外延MnxGe1-x/Si量子点稀铁磁性半导体材料由于具备与当今Si基微电子学工艺的兼容性和具有比Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体材料更高居里温度的可能性而备受关注。上世纪末,超高真空分子束外延(UHV-MBE)的到来,使得高性能稀磁半导体材料的制备工艺迈上了一个新的台阶。现如今的研究工作已在包括Ⅱ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族及Ⅲ-Ⅴ族化合物中广泛开展。然而,关于离子束溅射法(IBS)制备MnxGe1-x/Si量子点薄膜材料的报导至今仍鲜有耳闻。与MBE相比较,离子束溅射技术具备低成本、简单易操作和高性能等优点,一直是一些研究机构长期以来的青睐对象。本论通过离子束共溅射技术与课题组多年来生长Ge/Si量子点的经验相结合,成功实现了在P型中阻Si(001)衬底上制备具有不同Mn掺杂剂浓度的6组MnxGe1-x/Si量子点样品。具体内容如下:1.利用正交实验和控制变量法实验的便利性,初步明确了生长高密度、尺寸大小和空间分布均匀度较好的MnxGe1-x/Si量子点的最优参数组合,即为750℃下生长50nm的Si缓冲层后,再沉积6nm的MnxGe1-x层,并经过350 ℃退火,能够获得高密度和尺寸均匀性较好的量子点样品;2.基于正交实验的结果,通过改变Mn掺杂剂的浓度,成功制备了 Mn掺杂剂浓度x分别为0.000、0.032、0.046、0.058、0.068和0.075 的MnxGe1-x/Si量子点样品。结果表明,Mn的掺入,使得Ge量子点的密度、尺寸等呈现大幅度的涨落现象,造成了在Mn掺杂浓度较低的样品中,Ge岛尺寸分布不均,并且表现为提前进入大岛兼并小岛,岛在尺寸上骤增、密度上骤减的Ostwald熟化期。与之不同的是,在Mn浓度高于0.058的样品中,量子点形貌表现为高密度和小尺寸的类薄膜状生长。Raman光谱分析进一步表明Ge膜对Mn的掺入颇为敏感,表现为Ge的结晶性随着Mn掺杂剂浓度的增加而增强。但在0.068和0.075的Mn掺杂剂的量子点中,Ge-Si互混峰的出现,也表明了高的Mn掺杂剂浓度加剧了 Si-Mn-Ge体系的互混。XPS的表征分析发现,在Mn掺杂剂浓度为0.075的Mn0.075Ge0.925量子点样品中,可能存在较高价态的Mn与Ge之间的反应,该反应诱导了 Ge和Mn原子中结合能的偏移。这表明在高Mn掺杂的Mn0.075Ge0.925量子点中可能存在第二相(Mn-Ge)结构。3.磁学性能研究表明,Mn掺杂剂浓度x为0.068和0.075的两个量子点样品的铁磁性转变居里温度Tc已超过了室温。对于Mn的掺杂量为0.032(Mn0.032Ge0.968 QDs)、0.046(Mn0.046Ge0.954 QDs)、0.058(Mn0.058Ge0.942 QDs)、0.068(Mn0.068Ge0.932 QDs)和 0.075(Mn0.075Ge0.925QDs)的MrnxGe1-x/Si量子点,相应的居里温度依次分别为:256、277、299、321和310K。在Mn0.075Ge0.925 QDs中可能生成了金属间析出相(Mn-Ge)结构。