近年来,自旋电子学成为研究热点。稀磁半导体材料是重要的自旋电子学材料,可广泛应用于各种自旋电子学器件,如自旋晶体管、极化光散射二极管。对于铁磁性的来源、磁性离子掺杂ZnO和AlN所致的室温铁磁性的来源,理论研究已经给出了较好的解释。实验上也在Cr-AlN,Co-TiO2,Mn-GaN,和Co-ZnO等体系中观察到了室温铁磁性。反铁磁半导体材料铜氧化物,作为高温超导材料已被广泛研究,但基于CuO的稀磁半导体磁性的研究甚少。为此,我们系统地研究了锰的掺杂和热处理对CuO半导体相结构和磁性的影响,讨论了CuO基的稀磁半导体磁性的来源。自旋电子学研究的重要方向之一是研究作为自旋注入源的具有100％极化率的材料。能带计算在理论上表明,三元组分半Heusler合金材料NiMnSb是理想的半金属材料,拥有100％极化率。近年来晶界对于NiMnSb薄膜的磁性和自旋极化率的影响引起了研究的关注,本文重点研究了晶界氧化对于NiMnSb薄膜的磁性和输运性质的影响。本文工作主要包括以下几个部分：　　 ⑴PECVD法制备Cu1-xMnxO薄膜的磁性、输运和发光性研究。利用PECVD方法在低温下制备的Mn掺杂CuO稀磁半导体多晶薄膜,系统地研究了样品的晶体结构、发光、磁性和输运性质。XRD分析显示PECVD制备的Cu1-xMnxO多晶薄膜为单斜晶体结构,具有两个择优峰,Mn的掺杂并没有改变薄膜的单斜晶体结构,包括氧气退火后。XPS显示Mn、Cu在薄膜中的价态为+2价而非其他价态,说明+2价Mn离子替代CuO晶格中部分Cu的晶位,没有观测到其他Mn氧化物的存在。所有样品在低温下都有强的铁磁性,居里温度在85K附近。重点研究了氧气中退火温度对Mn掺杂CuO薄膜性能的影响。TEM表明退火温度升高使得Cu0.9Mn0.1O薄膜晶粒变大,晶界模糊。随着退火温度的升高,薄膜的饱和磁化强度升高,但600℃退火后的薄膜样品饱和磁矩明显下降。XRD显示600℃退火后的样品出现了CuMn2O4相。也就是说500℃为最佳退火温度。实验中磁性来源可以用束缚磁极子模型加以讨论,而与对称性破缺导致的表面效应也是另一个可能的磁性来源。样品在居里温度以上表现非金属特性,电荷传输是通过电子的变程跳跃(VRH)完成的。　　 ⑵络合沉淀法制备CuxMn1-xO稀磁半导体粉末的磁性和发光性质研究。利用化学络合沉淀法制备了一系列Mn掺CuO的纳米链状稀磁半导体材料。利用X射线衍射仪、能量散射谱和场发射扫描电镜等表征了Cu1-xMnxO的结构。XRD表明x=0,0.02和0.04的样品为单一的单斜晶结构,随着Mn的掺杂浓度的增加,第二相CuMn2O4也逐渐增多。尽管Mn2+(0.83A)的有效离子半径比Cu2+(0.73(A))大,但没有观察到明显的晶格膨胀引起的峰位移动。XR/D和TEM的结果都表明Mn的掺杂阻碍了CuO颗粒的长大。温度为4K时,随着Mn掺杂量的增加,磁性增强,但所有的样品居里温度都在85K附近。氩气氛中退火后的磁测量表明低温下的铁磁性与氧化铜结构有关。研究了(Mn,Cu)O纳米晶样品的阴极荧光发光现象。发现未掺杂的CuO粉末样品荧光谱较弱并且宽化,Mn的掺杂有效地增强了发光性质。　　 ⑶晶界氧化对NiMnSb半金属薄膜磁性和输运性质的影响。选择脉冲激光沉积技术在Si(100)基片上制备了高择优取向的NiMnSb薄膜。衬底温度为350℃。沉积后的薄膜在真空腔内冷却至室温后取出,未溅射保护层。XRD显示晶界处有绝缘的MnOx形成。重点研究了晶界氧化对NiMnSb薄膜磁性、与界面相关的输运性质的影响。XPS分析显示有二价锰离子存在。温度在5 K时的饱和磁化强度(Ms)约为3.3μB/Mn,与文献报道的块材的4μB/Mn相比略小。这主要是由于MnOx杂质相所致。薄膜的电阻远大于靶材,且表现出完全不同于靶材的电阻行为。晶界氧化使得NiMnSb薄膜电阻率随温度从300K降到20K时,迅速减小。薄膜的绝缘导电行为与磁电阻效应与NiMnSb薄膜晶界处的绝缘氧化层密切相关。与CrO2颗粒体系中观察到的磁电阻不同的是,NiMnSb薄膜界面氧化导致了相对较小的负巨磁阻效应。样品的电导主要来自电子通过绝缘晶界的隧穿电导,主要的电阻来自于绝缘的晶界,晶粒内部电阻率在磁场下的改变其实对总的磁电阻并不起主导地位。