稀磁半导体由于结合了半导体的电学性质和磁性材料的磁学性质,并且在自旋场效应晶体管和随机磁性存储器方面广范的应用,受到研究学者的广泛关注。关于TiO₂基材料稀磁特性的研究主要集中在元素掺杂,比如Co,Mn,Ru,Mo,Fe等。但是对于稀磁半导体的稀磁特性来源仍然没有统一的结论。有报道指出,磁性来源于样品中Ti³⁺离子的存在,也有报道指出磁性来源于样品中存在氧空位。为了更深入的研究二氧化钛掺杂样品磁性的来源,本研究采用非金属元素N和金属元素（Ru,Ag,W）共同掺杂的方式,研究TiO₂掺杂材料的稀磁特性来源,本论文主要包含以下方面:（1）通过第一性原理和阳极氧化法相结合的方法研究了不掺杂,N掺杂,Ru掺杂,Ru/N共掺杂TiO₂的稀磁特性来源。实验制备的所有样品均为锐钛矿结构并且在室温下表现出铁磁行为。实验中测得不掺杂,N掺杂,Ru掺杂,Ru/N共掺杂TiO₂的饱和磁矩分别为0.065emu/g,0,015 emu/g,0.155 emu/g,0.073 emu/g。而采用第一性原理磁距计算结果为Ru掺杂>Ru/N共掺杂>不掺杂>N掺杂。实验和理论结果高度的吻合。氧空位的存在对TiO₂稀磁特性来源有着关键的作用。而且计算结果表明,Ru 4d,N 2p,O 2p的杂化导致了Ru 4d,N 2p,O 2p轨道的劈裂,对样品的磁性产生重要的作用。（2）采用TiO₂单晶基片,光化学沉积方法制备了Ag掺杂和Ag/N共同掺杂TiO₂薄膜。采用不同的测试手段研究了制备样品的光学特性和磁性。X射线衍射结果未显示任何氧化银相关的峰,表明Ag可能作为Ag原子存在于Ag掺杂的TiO₂单晶薄膜中。XPS结果表明Ag和Ti以Ag⁰和Ti⁴⁺的形式存在在Ag/N共掺杂TiO₂单晶薄膜中。结果表明Ag以Ag原子形式沉积在TiO₂单晶薄膜表面。并且Ag原子可以提高Ag掺杂TiO₂单晶薄膜的铁磁性。Ag和N共同掺杂TiO₂单晶片的实验结果表明Vos和Ag原子的存在共同影响Ag/N共同掺杂TiO₂单晶薄膜的铁磁性。（3）采用直流磁控方法制备了不掺杂,N掺杂,WO₃负载的不掺杂,WO₃负载的N掺杂TiO₂金红石单晶基片。N掺杂和WO₃负载分别用来增加和减少样品中Vos的浓度。XRD结果表明N掺杂和WO₃负载并没有改变TiO₂样品的峰。XPS结果表明,W元素主要以WO₃负载TiO₂金红石单晶基片上。UV结果表明WO₃负载的不掺杂,WO₃负载的N掺杂TiO₂金红石单晶吸收边有略微的红移,导致带隙的减小。PL谱表明由于退火氛围的影响,所有样品中均存在Vos,N掺杂增加样品中Vos的浓度,WO₃负载减少样品中Vos的浓度。样品中的饱和磁矩顺序为:N掺杂TiO₂>WO₃负载的N掺杂TiO₂>不掺杂TiO₂>WO₃负载的不掺杂TiO₂,和样品中Vos的顺序一致。N掺杂提高了样品饱和磁化强度,WO₃负载降低了样品饱和磁化强度。