伴随着科学技术的飞速发展,信息技术已经融入了人们生活中的每个角落。器件是信息技术的载体,功能优异的器件是保障信息技术发展的基础。回顾历史不难发现,微电子工艺的进步促使了集成电路技术的诞生,而集成电路技术则是信息技术革命的根源。随着集成电路技术的进步,元器件尺寸不断缩减,集成密度急速增大,信息技术飞速发展。但是元器件的尺寸不可能无限减小,尤其是现在元器件的尺寸已经接近量子相干效应设定的极限。在这种背景下,寻找新材料、新器件、新工艺显得尤为重要。电子拥有电荷和自旋两个自由度。传统的微电子工艺建立在电子电荷属性的基础上,通过电场调控器件中的电荷控制器件的状态,从而实现数据的传输、处理和存储。这种方式只是利用电子的电荷属性。那么,如果能够同时利用电子的电荷和自旋两个属性,那么必定会使器件的功能得到改善,对于信息技术的发展有重要意义。人们对于电子自旋的研究与利用促使了一门新的交叉学科的出现——自旋电子学。自旋电子学的研究领域包括了自旋电子器件的研发,对未来的科技发展有着重要的应用价值。在之后的研究中,人们将自旋电子学应用到半导体中产生了半导体自旋电子学。在半导体自旋电子学中,将自旋极化电流注入到半导体中,利用电荷与自旋的相互作用可以实现新的功能,产生新一代的自旋电子器件。在这类自旋电子器件中,可以操作半导体中电子的自旋或者同时操作电子的自旋和电荷,进行数据的处理、传输和储存。相比于传统微电子器件,自旋电子器件有着许多的优势：速度快——改变电子自旋方向比改变电子运动轨迹更快；功耗低——自旋相互作用的耗能远小于电荷相互作用的能耗；非易失性——切断器件电源后数据不丢失；与全金属的器件相比,基于磁性半导体的自旋电子器件能够实现信号放大功能,可以构成多种设备。为了实现自旋电子器件的功能一般会需要在器件中实现四个过程：自旋注入、自旋输运、自旋检测和自旋调控。在探索自旋电子器件的道路上仍有许多困难,其中一个难题就是实现半导体材料中自旋极化电流的注入。为了实现自旋注入,人们利用铁磁金属／半导体的结构,将自旋电子从铁磁金属中注入到半导体。但是这种方式中铁磁金属材料与半导体材料的电导差异非常大,导致注入效率低。另外一种可行的方式是,直接在半导体中掺杂磁性元素,利用得到的磁性半导体替代铁磁金属作为自旋注入源。利用磁性半导体材料作为替代材料具有许多的优势。首先磁性半导体与传统半导体材料电导匹配度好,有利于提高自旋注入效率。其次磁性半导体与传统微电子工艺有兼容性,方便新材料的应用。适合的磁性半导体材料需要满足多个条件：高于室温的居里温度(即室温铁磁性)、高的饱和磁化强度(高自旋极化率)等等。为了达到这些条件,人们做出了大量的努力,实现了室温下氧化物磁性半导体的铁磁性,这也同时激起人们对于氧化物磁性半导体的研究。研究氧化物铁磁性半导体对自旋电子器件的研发有着重要的价值。ZnO体系材料本身就是非常好的半导体材料。MgXZn1-xO材料体系是一类非常重要的光电功能材料。它有着许多优异的特性,例如带隙可调的范围较大(3.4—7.8eV)；材料中镁离子与锌离子的化合价相同,材料中的载流子浓度(影响自旋输运)随着Mg含量的增加而减小等。利用在MgxZn1-xO材料体系中掺杂过渡金属Co有机会得到优秀的磁性半导体材料,为自旋电子器件的研发提供优质的素材,同时可以帮助探索氧化物磁性半导体的工作机理在本篇论文中,我们使用分子束外延技术制备了掺杂过渡金属Co的MgxZn1-xO单晶薄膜,并且通过X射线衍射仪、高分辨透射电镜等技术对材料的结构进行研究。同时,利用交变梯度磁强计、超导量子干涉仪等技术对材料的磁性等进行研究。主要内容有：(1)我们制备了Zn0.85-xMgxCo0.15O (0≤x≤0.3)单晶薄膜材料,并利用XRD、 TEM等对其微结构进行了研究。同时根据XRD的数据利用布拉格定律,最终得出Zn0.85-xMgxCo0.15O薄膜与纯的MgxZn1-xO薄膜中带隙随着Mg含量依赖关系吻合度较好。这也意味着可以通过控制样品Mg含量调控样品带隙,调节样品中的载流子浓度,实现对样品自旋输运性质的调控。(2)我们制备了拥有较高Co浓度面心立方结构的Co0.5 (Mg0.55Zn0.45) 0.5O1-v单晶薄膜,该薄膜具有较高的饱和磁化强度和室温铁磁性。通过对样品结构的表征和样品磁性的分析,得出并验证了样品薄膜中铁磁性区域、超顺磁簇和非磁性边界的共存。(3)通过总结实验经验,我们找探索出了一种新的制备薄膜平面TEM样品的方法。能够在保证样品低污染、低损伤的条件下,大大提高了成功率和制样速度。