本文中,稀磁半导体(diluted magnetic semiconductor,简称DMS)是指由磁性过渡金属或稀土金属元素(例如:Mn、Fe、Co、Ni、Cr及Eu等)部分替代Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族、或Ⅲ-Ⅴ族等半导体中的部分元素后所形成的一类新型半导体材料,同时具有可以调节的电子电荷和电子自旋二种自由度特性。其中磁性离子的3d电子和半导体导带sp电子之间的耦合作用(sp-d)以及磁性离子之间的(d-d)耦合交换作用使得稀磁半导体材料具有很多新颖的磁光和磁电性能,在高密度非易失性存储器、磁感应器、光隔离器、半导体集成电路、半导体激光器和自旋量子计算机等领域有广阔的应用前景。本文简述了稀磁半导体的历史发展及研究现状,在实验上利用脉冲激光沉积法,首先尝试制备ZnO靶材和薄膜,并以此为基础,成功制备掺钴ZnO靶材和薄膜。通过对材料的光电磁及结构性质测试,研究了材料性质与制备方法和工艺的关系。论文主要内容包括:(1)利用GCR-170型脉冲激光器Nd:YAG的三次谐波(355nm),以蓝宝石Al2O3 (0001)为衬底,在不同温度下采用脉冲激光沉积法(PLD)制备了ZnO薄膜。通过原子力显微镜(AFM)、Raman谱、光致发光(PL)谱、红外透射谱、霍尔效应和表面粗糙度分析仪对制备的ZnO薄膜进行了测试。分析了在不同衬底温度下薄膜的表面形貌、光学特性,同时进行了薄膜结构和厚度的测试。研究表明:衬底温度对ZnO薄膜的表面形貌、光学特性和结构特性都是重要的工艺参数,尤其在500℃时沉积的ZnO薄膜致密均匀,并表现出较强的紫外发射峰。(2)在不同的烧结温度下,利用固相反应法制备Zn0.9Co0.1O块体材料,应用单因素实验法对相同的配比成份样品进行处理,并分别对Zn0.9Co0.1O材料进行了X射线能谱(XPS)、M-T、傅立叶红外吸收谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、拉曼图谱(Raman)和光致发光谱(PL)测试和分析。实验结果表明:Co2+掺入ZnO晶格,并很好取代Zn2+的位置而被四面氧所包围,形成了Co-O键。烧结温度对Co掺杂浓度影响不大,排除了形成Co团簇或CoO晶相的可能。烧结温度制约Co2+掺入ZnO晶格,并取代Zn2+的位置而不影响ZnO结构,在1200℃时制备的材料保持了纤锌矿结构,从拉曼光谱中也看到Co2+的声子结构特征明显,并且出现Co离子进入ZnO晶格使得带隙变窄的光学现象。(3)基于选取不同的基片温度,利用脉冲激光沉积的方法,成功制备出钴掺杂的氧化锌薄膜。通过对制备的样品的原子力显微镜(AFM)测试,观测到生长样品的表面形貌图形较未掺杂ZnO薄膜光滑平整很多;实验上对薄膜的X射线衍射(XRD)表征,测量出Co的掺杂并没有破坏ZnO纤锌矿结构,500℃样品的表面形貌和结构最佳;对薄膜的XPS的分析显示,Co离子在样品中以+2价的形式存在,并随着衬底温度的增加Co的含量也在不断升高,但当温度到达800℃时因超过Co溶解限出现了Co团簇现象。为进一步验证Co离子进入ZnO的晶格,对不同基片温度制备的样品进行透射谱的测量,从全光透射谱看到宽带能隙发生宽化,并讨论了内部机理。同时衬底温度的升高造成结构、价态和含量的变化进而影响了样品的电学和磁学性能,测试发现随着基片温度升高,ZnO掺Co薄膜的载流子浓度和PN型发生明显改变,同时磁学性能随着掺杂浓度呈开口向下的抛物线状。