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自旋电子学的本质是自旋参与信息处理过程,其最理想的材料之一是既有铁磁性又有半导体性的磁性半导体,但是传统稀磁半导体的居里温度很难达到室温。近年来新型的基于隧穿各向异性磁电阻（TAMR）的反铁磁自旋电子学（AFM spintronics）逐渐引起人们的关注,其中反铁磁层的作用不同于传统自旋器件中的钉扎层,会直接参与自旋相关的导电过程,这使得反铁磁材料的应用得到了巨大的拓宽;反铁磁材料具有磁杂散场小、居里温度高等优点,这一发现也为室温自旋电子器件提供了思路。反铁磁半导体,集两种优势于一身,可以在一种材料中同时实现室温自旋导电和半导体调控。然而目前关于磁性薄膜材料尤其是反铁磁薄膜的研究比较少,本论文的研究课题主要是制备和表征高质量的反铁磁半导体薄膜。利用分子束外延技术（MBE）和反射式高能电子衍射仪（RHEED）,我们制备了一系列高质量的浓缩磁性半导体（过渡金属磁性元素Mn、Fe、V等的硫族化合物）薄膜,然后用扫描隧道显微镜（STM）表征其形貌和电子结构,最后用自旋极化STM测量其表面磁性。本论文的主要研究成果如下:1.利用RHEED原位监控下的MBE,在SrTiO3（111）和SrTiO3（100）衬底上制备Mn、V、Fe等磁性元素的硒化物和锑化物。通过优化衬底温度和束流速率,制备出了高质量的MnTe、VSe、FeTe、FeSe薄膜。进一步,利用STM形貌的表征,结合RHEED的晶格结果,基本确定了MnTe、VSe薄膜的晶格结构为NiAs型,并在此基础上通过扫描隧道谱（STS）测量了其表面电子结构的基本特征。另外,研究了Fe-Se体系和Fe-Te体系各种结构的薄膜生长,经过优化衬底、生长参数制备了不同厚度的高质量六角FeSe（FeTe）和四方FeSe（FeTe）薄膜。这一系列的薄膜制备工作,有助于完善浓缩磁性半导体薄膜的研究。2.采用STM研究了四方FeSe和六角FeSe薄膜的原子结构和电子结构。确认了SrTiO3（111）衬底上生长的六角FeSe薄膜为NiAs结构,其表面拥有丰富的电子重构（如2×2、2×1）,这可能与生长过程中受到的晶格挤压有关;通过STS发现六角FeSe具有良好的半导体性,能隙约为0.45eV;自旋极化STM磁性表征,采用铁磁针尖发现了明确的磁滞回线,并发现了明显的面内非线性反铁磁超周期,而没有明显的面外磁信号。通过面内正负磁场磁信号对比,以及矢量运算得出了面内磁结构呈近似的Néel反铁磁。第一性原理计算也得出六角FeSe在这种反铁磁结构下更加稳定,态密度计算结果也与实验相吻合。六角FeSe薄膜作为反铁磁半导体,这一工作对于反铁磁自旋电子学具有重要意义。3.采用STM研究了四方和六角FeTe薄膜的原子结构、电子结构。六角FeTe在衬底SrTiO3（001）上呈岛状生长的NiAs结构,不同的岛常常具有不同的台阶高度和晶格取向。四方FeTe在衬底SrTiO3（001）上呈层状生长的PbO结构,从STS上发现其费米面上有一个约15meV的特征gap,但并不超导。经过高温退火得到了表面有Te缺陷的四方FeTe,然后利用自旋极化STM研究其表面磁性,发现了明显的反铁磁超周期结构,与解离样品Fe1+yTe（y<0.12）单向条纹反铁磁周期相吻合。这一工作有助于完善Fe-Te体系的研究,对于FeTe超导母体材料的磁性研究也有重要意义。