电荷和自旋是电子的两种内禀属性。基于电子电荷属性的半导体技术和基于自旋属性的自旋电子学的大力发展,在当代信息传播和存储等方面发挥了关键的作用。磁性半导体在单一材料中结合了磁性和半导体性质,是十分有趣的半导体自旋电子学材料之一。本论文以ZnO基磁性半导体材料为研究对象,在以下三方面开展了对其自旋电子学材料制备、自旋相关输运机理及电场调控的研究。一.磁性半导体要达到实际器件应用的目的,除了稳定的半导体特性,还需要具有室温以上的居里温度和足够强的磁化强度。然而,从上世纪60年代的Eu基硫族化合物、80年代的稀掺Ⅱ-Ⅵ族磁性半导体、再到90年代的演示型稀磁半导体GaMnAs和InMnAs,它们的居里温度都远低于室温。直到2000年,才发现了过渡金属元素掺杂的室温稀磁半导体氧化物。然而,稀磁半导体氧化物过低的磁性离子固溶度,导致了其微弱的磁化强度和极低的自旋极化度,大大降低了对其研究兴趣。本论文围绕磁性半导体材料的核心问题,通过低温氧等离子体辅助的分子束外延的技术路线,在ZnO宽禁带半导体中替位掺杂高浓度（≤45%）的磁性Co离子,成功制备出了高Co含量的室温磁性半导体（Zn1-xCox）O单晶薄膜材料。在室温下,该材料的饱和磁化强度最高达到了 270 emu/cm3（约等于金属Co磁化强度的1/4）,并且观察到了高信噪比的室温反常霍尔效应和磁电阻效应,为室温下的载流子介导铁磁性提供了翔实的实验证据。二.反常霍尔效应在低电导率区间（σxx＜104Ω-1cm-1）缺乏明确的物理图像,其起源和机理是未解的科学问题;同样的,在低电导区间的磁性半导体的反常霍尔效应的物理机制也是一个未解的科学问题。本论文制备的具有Co高含量的（Zn1-xCox）O磁性半导体为这一科学问题提供了非常合适的材料体系,既有高信噪比的反常霍尔效应,通过掺杂无磁性的Ga实现载流子浓度的大范围独立调控,而不改变磁化强度。本论文利用实测的磁滞回线,结合（Zn1-xCox）O材料中电子和空穴的半导体双载流子导电特性,干净的分离了非线性的正常霍尔效应,得到了反常霍尔电导率与纵向电导率之间平方率标度关系:σxyAHE ∝ σxx2。通过改变样品的磁化强度,还发现了反常霍尔系数极性反号的现象。电导平方率标度关系和反常霍尔系数反号这两个特征,与H.Kontani等人提出的多d轨道紧束缚模型（multi-d-orbital tight bonding）的本征反常霍尔效应,在定性上完全相符。三.电场调控的Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合是一种有效的调控自旋相关电流的全电学方法,在非磁性半导体异质结构中得到了广泛深入的研究。然而,到目前为止,电场控制的自旋相关电流尚未在室温磁性半导体材料中得到实验演示。本论文利用分子束外延制备出了高浓度Co掺杂的（Zn1-xCox）O/PMN-PT多铁异质结,通过栅极电压控制PMN-PT铁电层的电极化强度反转,实现了对（Zn1-xCox）O的Rashba-Dresselhaus自旋轨道耦合的非易失调控。利用磁电阻效应测量,估算出自旋极化率在积累态下为21%,在耗尽态下为28%。利用反常霍尔效应,估算出栅极铁电极化强度导致的反常霍尔电阻率调控为ΔρyxSOC/RsM=55%。室温磁性半导体的自旋电流的电场调控,可为自旋场效应晶体管（spin-FET）的应用提供实验数据。