电子同时具有电荷和自旋两种属性，它的电荷属性在半导体材料中获得极大的应用，推动了电子技术、计算机技术和信息技术的发展。然而随着集成化程度的提高和器件尺寸的减小，半导体器件越来越接近其物理极限。最近二十年，人们发现电子自旋的扩散长度比电子平均自由程长得多，可在更长的一段时间内保持自旋状态不变。由于自旋和电荷是同时伴随着电子的输运而传输的，这样就在半导体中并行了一个自旋信息通道，因此，这样会大大提高信息的传输密度和信息处理的速度。而且，自旋的非易失性也可以实现信息存储和处理的融合。利用自旋属性将会产生运算速度更快、器件尺寸更小、功耗更低且具有非易失性的新一代多功能器件，即自旋电子学器件。　　 磁性半导体集半导体电性和磁性于一体，并且可以同时利用电子的电荷和自旋，同时具备常规半导体电子学和磁电子学的优越性，是当今最重要的电子学材料。它在通信、信息处理，磁记录以及自旋极化电流的注入和量子计算的逻辑电路等方面都有广泛的应用。近年来，人们发现(Ga，Mn)As，(In，Mn)As和MnGe等材料体系中存在自发磁有序，并存在很多的奇异磁性和输运特性。然而，由于它们的居里温度(Tc)偏低，比如:(In, Mn)As，Tc≈35K;(Ga，Mn)As，Tc≈190K;MnGe，Tc≈116K;因此室温铁磁性半导体由于其在自旋电子学中的应用引起了人们的广泛关注。　　 由于Dietl等基于铁磁性平均场Zener模型理论上预言，含有5％ Mn和高载流子浓度(3.5×1020cm-3)的GaN和ZnO将会出现高于室温的铁磁性，从而引起了人们对宽禁带GaN和ZnO基磁性半导体的研究热情。大量的实验证明，磁性半导体中的铁磁性，比如Ge1-xMnx, Ga1-xFexN和Zn1-xCoxO，都来自于含有大量磁性离子的纳米团簇，即浓磁半导体。然而，为了使磁性半导体材料在自旋电子学材料中得到应用，除了具备高于室温的居里温度以外，还要实现带电载流子的自旋极化。目前，虽然对ZnO基稀磁半导体室温铁磁性的报道有很多，但是关于其自旋极化载流子的注入、传输和检测的报道却很少。本论文的研究重点即ZnO基磁性半导体中载流子的自旋极化问题。　　 一般来说，均匀的磁性半导体，甚至是嵌在基质中的浓磁半导体都会引起整个磁性半导体中所有载流子的自旋极化。检测自旋极化的方法有很多，比如光磁圆二色性、反常霍尔效应、安德鲁反射等，但是从器件应用的角度来说用隧穿磁电阻(TMR)的方法去检测带电载流子的自旋极化更有意义。但是到目前为止，很少有关于用磁性隧道结中的TMR去检测ZnO基磁性半导体中载流子自旋极化的报道。在ZnCoO/ZnO/ZnCoO和ZnCoO/MgO/ZnCoO隧道结中，虽然低温下观察到了很大的正磁电阻，但是在R(H)曲线中却没有观察到通常的蝴蝶状双峰。这说明他们观察到的磁电阻并不是自旋极化相关的隧道磁电阻TMR。在磁性隧道结Zn0.91Co0.09O(180nm)/Al2O3(100nm)/Co中，MR-H曲线中的双峰很明显的被观察到，证明了自旋极化相关的隧穿磁电阻。但是，载流子的自旋极化率并未给出。K.A.Yates等人从安德鲁反射光谱中得到掺杂1％ Al和2％ Mn的ZnO薄膜中载流子的自旋极化率是55％，S.S.Yan通过自旋相关的变程跃迁得到Zn0.28Co0.72O薄膜中载流子的自旋极化率是29.6％。但是，还没有通过TMR的方法来计算ZnO基磁性半导体自旋极化率的工作被报道出来。　　 我们通过控制生长条件，用磁控溅射的方法生长出Zn1-xCoxO浓磁半导体薄膜，并分别用隧穿磁电阻和自旋相关的变程跃迁两种方法表征了Zn0.32Co0.68O1-v（v表示氧空位）浓磁半导体的自旋极化率。在2K温度下，我们测得磁性隧道结Co/ZnO/Zn0.32Co0.68O1-v的隧穿磁电阻为19.1％，由此推算出Zn0.32Co0.68O1-v中自旋极化率的下限是25％。隧穿磁电阻TMR的值随着温度的升高和测量电压的增大而减小，这主要跟载流子通过中间绝缘层中的局域杂质态的隧穿有关系。另外，通过自旋相关的变程跃迁方法我们计算得到的Zn0.32Co0.68O1-v的自旋极化率是36.1％。我们的工作表明Zn0.32Co0.68O1-v浓磁半导体薄膜可被用在自旋电子学器件中的自旋注入及自旋检测。