对于半导体自旋电子学器件而言,自旋注入层材料选择一直是个问题。注入层材料选择的根本问题是金属自旋注入材料与半导体材料的电导不匹配,从而导致自旋注入效率下降。后来人们尝试利用稀磁半导体作为自旋注入材料来解决电导不匹配问题,但是稀磁半导体的铁磁性仍是无法被解释的。因此后来人们把目光放在了铁氮化合物,开始对铁氮化合物进行研究。铁氮化合物有着不同的结构,其中ε-Fe₃N材料具有良好铁磁性。另外,GaN作为第三代半导体的代表,它和ε-Fe₃N有着良好于ε-Fe₃N和GaN都是氮化物的材料,我们可以通过ε-Fe₃N/GaN结构来制备自旋电子器件,这可能成为一种潜在的应用。为此,我们通过磁控溅射方法在GaN衬底上制备了单相ε-Fe₃N薄膜。结果表明薄膜厚度为90nm时有利于单相ε-Fe₃N的形成。从磁学性质来看,在薄膜厚度为90nm时ε-Fe₃N具有最大的饱和磁化强度;从电学性质来看,ε-Fe₃N具有良好的导电性。这项工作将为ε-Fe₃N/GaN结构的应用奠定坚实的基础。通过研究,本论文取得的主要结论如下:1.在GaN衬底上制备了一系列不同厚度的Fe-N薄膜样品。随着薄膜厚度的变化,如果薄膜厚度小于90nm,则会出现Fe相,而如果厚度大于90nm,则会出现Fe₄N相。薄膜厚度为90nm的样品是具有较好单相物相结构的ε-Fe₃N薄膜。2.随着薄膜厚度的增加,样品的表面形貌从晶粒状逐渐转变为晶柱状。具体表现为薄膜厚度为22.5nm时,样品表面由30⁴0nm的不规则小晶体颗粒组成,且有分布均匀直径约为几百纳米的圆形凸岛。薄膜厚度增加为45nm时,圆形凸岛消失,表面更加平整。当薄膜厚度进一步增加时,样品表面晶粒尺寸增大,当厚度增加到180nm时晶粒直径为70¹30nm。薄膜厚度为360nm时,样品表面形成了晶柱状,晶柱直径为110²00nm。3.所有的样品均具有铁磁性,矫顽力随着薄膜厚度的增加而增加,且随着温度升高而降低。单相的ε-Fe₃N具有最大的饱和磁化强度,在室温下,矫顽力为143.4Oe。此外,根据5K和300K下的饱和磁化强度变化拟合得到样品的居里温度约为600K。4.Fe-N薄膜I-V曲线呈线性关系,表明样品均具有较好的导电性能。Fe-N薄膜的电流密度依赖于薄膜厚度:随着薄膜厚度的增加电流密度有先增大后减少的趋势。当薄膜厚度为45nm时,电流密度最大。