荷电性和自旋特性是载流子的两个内禀属性。目前的半导体器件以及半导体集成电路的设计工作利用的是载流子的荷电特性，而对它们的自旋特性并没有充分开发利用。MOSFET提出三十多年以来，其特征尺寸一直在不断减小，目前已经进入超深亚微米尺度。据预测，到2010年前后，以摩尔定律所给出的发展速率来降低器件尺寸从而提高器件及电路性能会遇到一些物理的、技术应用的限制以及难以解决的难题。因此，为了维持微电子技术产业的高速发展，需要对其注入新的元素和活力。本着这一指导思想，我们开展了自旋电子学领域的相关研究。主要内容包括室温铁磁半导体材料的研究，spinFET中的自旋极化电子输运以及磁随机存储器中存储单元的spice电路宏模型。 首次利用高温固相烧结以及氢退火的方法成功制备了室温铁磁半导体材料CoxTi1-xO2-δ的块材，详细研究了材料的制备工艺，然后对其进行了相应的晶体结构分析和磁学性能测量。晶体结构分析显示，纯锐钛矿相结构的CoxTi1-xO2-δ引起了样品的室温铁磁性，氢退火引起的钙钛矿相CoTiO3到锐钛矿相CoxTi1-xO2-δ的相变是生成室温铁磁半导体的前提条件。磁学性能分析表明，Co2+替代Ti4+形成氧空位是形成室温铁磁性的关键，样品铁磁性不是由Co簇引起，而是起因于Co2+周围的氧空位诱导的相邻Co2+之间的铁磁交换相互作用。此种制备室温铁磁半导体材料的方法工艺简单，相关研究成果为自旋电子学器件的研究奠定了工艺技术基础、提供了相关指导，有利于对CoxTi1-xO2-δ材料室温铁磁性产生机理的深入探讨。 建立了用于模拟spinFET中自旋极化输运的蒙特卡罗模拟器，利用此模拟器，在量子阱三亚带模型近似的基础上，研究了电子在spinFET沟道中的自旋极化输运。模拟结果表明，三亚带模型近似比单亚带模型近似更符合自旋电子学器件模拟的需求。三亚带模型近似下，由于亚带间电子散射对电子自旋极化衰减的影响，导致电子的自旋失相速率增加，自旋失相长度增加。研究结论包括，随着晶格温度的升高，电子的自旋极化失相长度减小；在室温条件下，一定的源漏驱动电场范围内，随着电场大小的增加，自旋失相长度增加；spinFET的沟道长度越宽，电子的自旋失相长度越短。该研究成果进一步推动了自旋电子学器件的模型模拟研究，为自旋电子学器件的设计提供了非常有价值的理论指导。 利用改进的GMR和MTJ磁随机存储单元spice电路宏模型，模拟了GMR存储单元的小滞回线特性和主滞回线特性，模拟了MTJ存储单元的滞回特性，“星形”曲线特性以及电阻随加在其上的电压的变化关系曲线。这些特性是描述GMR存储单元以及MTJ存储单元的最主要的磁学特性。模型电路中不含有有源器件，不受MOS/BJT等器件的模型变动的影响，不需要外加工作电源，反映了MRAM存储器的非挥发特性。该研究成果有利于推动MRAM的研究进展，促进自旋电子学电路设计的发展。