当传统微电子技术逐渐接近量子相干效应的极限时,量子效应对电子设备的设计是极大的挑战。当人们试图突破尺寸效应瓶颈,找到新制备技术、新材料、新构型设计的时候,很自然的就想到是否可以同时利用电子的电荷和自旋两个自由度,即将记忆与逻辑整合在一个器件或一个芯片上,使其同时进行大规模的信息处理和存储,从而进一步提高器件的性能,如提高处理速度、降低功耗、提高集成容量以及具有非易失性的储存方式等,在此背景下,自旋电子学(Spintronics)应运而生。自旋电子学的研究内容主要包括自旋电流源产生、自旋注入、自旋传输、自旋检测和自旋调控等。目前人们对自旋电子器件的研究,主要有以下两方面：一、以铁磁材料为基础的研究,主要包括对自旋相关的(iMR、TM 4R效应的研究,例如已经商用的磁传感器、磁随机存储器、硬盘的读头、电隔离器等。二、以半导体材料为基础的研究,如在半导体材料中引入自旋极化电流,制备出自旋晶体管(spin transistors)器件,以替代接近尺寸效应极限的传统半导体晶体管。截至目前,人们已经提出多种方案试图实现这类器件的应用,并且在自旋极化电流的注入、输运以及探测等方面取得了许多进展,然而要真正实现基于半导体材料的自旋电子器件的广泛应用,还面临着很多问题,问题之一就是找到居里温度高于室温的自旋极化半导体材料(本征磁性半导体),以实现自旋向非磁性半导体的高效注入,而且与目前微电子工业集成电路相兼容。上个世纪六、七十年代,人们发现了天然的磁性半导体材料,铕硫属化合物和半导体尖晶石,但是因为该材料居里温度远低于室温、晶体生长工艺复杂、晶体结构与Si和GaAs等半导体存在较大差异、晶格不匹配等因素而被搁浅。后来受本征半导体可以掺杂成p-型或者n-型半导体的启发,人们试图把磁性元素引入到非磁性半导体中使其成为具有磁性的半导体材料。二十世纪八十年代,张立纲等人首次利用分子束外延方法制备出Mn掺杂的CdMnTe 和 ZnMnSe Ⅱ-Ⅳ族磁性半导体材料,随后其他研究组也对该族材料展开了相关研究。然而Ⅱ-Ⅵ族磁性半导体材料很难掺杂成p-型或n-型,并且该类材料中的磁交换相互作用通常表现为Mn-Mn局域磁矩的反铁磁交换耦合,随着温度以及磁性离子浓度的变化而呈现出顺磁、自旋玻璃和反铁磁行为；而且,许多奇特的低温磁光效应在室温下也不复存在,所以没有使用价值。二十世纪九十年代,日本的Ohno等人利用Mn掺杂Ⅲ-Ⅴ族半导体制备出InMnAs和GalMnAs等磁性半导体。尽管目前报道的GaMnAs居里温度仅为200K,但是Ohno等人的工作重新激活了人们对磁性半导体的研究兴趣,包括对Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族以及Ⅳ族磁性半导体的研究。其中,对Ⅳ族Ge基磁性半导体的研究始于Park的研究工作,2002年,Park等人首次利用低温分子束外延技术制备了单晶MnxGe1-x磁性半导体,其居里温度随着Mn浓度的增加由25K线性增加到116K；并且可以通过外加门电压调控载流子的浓度,进而调控样品的磁性,这表明MnxGe1-x磁性半导体的磁性来源于自旋极化的空穴载流子,即样品是本征磁性半导体。进一步理论预期Ge基磁性半导体的居里温度有望达到400K以上。更重要的是,Ge基磁性半导体与目前工业占主流的Si基处理技术有很好的兼容性,并且Ge的高电子、高空穴迁移率也让Ge基磁性半导体成为制备高性能、低功耗自旋电子器件的首选,所以目前人们对Ge基磁性半导体的研究依然保持热情。为了实现自旋电子器件的室温应用,人们在寻找磁性半导体的过程中,除了采取不同的生长方法(MBE生长、PLD生长、离子束注入、溶胶凝胶法等)以期制备出室温下具有本征磁性、高饱和磁化强度的磁性半导体材料之外,人们也尝试在生长样品过程中或生长后采取氢处理的办法,如利用氢调控GaMnAs、 GaMnN、ZnCoO以及Ⅳ族的SiMn等磁性半导体性能,以期增强样品的铁磁性或提高样品的居里温度。然而,氢在不同磁性半导体中的调控效果是不同的,有增强铁磁性的,也有削弱铁磁性的；同样是增强铁磁性,其内在机理也各不相同。虽然随着样品制备工艺及处理手段的进步,有些磁性半导体的居里温度有所提高,磁化强度有所增强,但是居里温度依然远低于室温；虽然有些报道发现了居里温度高于室温、磁化强度较强的磁性半导体材料,但是这些物理参数往往源于热平衡生长引起的第二相或者磁性团簇,真正具有室温本征磁性的半导体材料不多。基于以上研究现状,我们采取非热平衡制备条件,在纯Ar以及Ar：H混合气体中,利用磁控溅射的方法制备了高FeCo含量的(FeCo)xGe1-x和(FeCo)xGe1-x-H非晶薄膜。采取静态和动态磁测量相结合的方法,研究了加氢对非晶Ge基磁性半导体材料磁化强度和交换作用的影响。我们还研究了非晶(FeCo)xGe1-x薄膜的电输运性质。本论文工作主要包含以下三方面：一、成功制备了FeCo含量高的FeCoGe及FeCoGe-H非晶磁性半导体薄膜。为了克服热平衡状态下磁性元素溶解度低、易析出第二相或者产生团簇等问题,我们采取非热平衡状态条件下制备样品；考虑到两种磁性元素共掺杂有助于磁性半导体薄膜的稳定性及磁性的增强,我们选择了自旋极化率高、居里温度高的FeCo过渡元素与Ⅳ族Ge基半导体进行共掺杂,利用磁控溅射仪在玻璃基片上制备了FeCo含量高达70%的非晶Ge基磁性半导体薄膜(FeCo)xGe1-X和(FeCo)xGe1-x-H。X射线衍射仪的测试结果和电阻率与温度依赖关系的拟合结果均表明我们的所有样品为非晶。二、发现氢掺杂可以大幅度增强非晶FeCoGe-H薄膜的磁性和交换作用。鉴于目前氢在不同磁性半导体中的调控效果和内在机理各不相同,没有统一定论,我们重点研究了氢在非晶Ge基磁性半导体中对磁性和交换作用的影响。我们采取静态和动态磁测量相结合的方法,研究了加氢对样品磁化强度和交换作用的影响。超导量子干涉仪(SQUID)和铁磁共振(FMR)的测试结果表明,(FeCo)xGe1-x-H薄膜的饱和磁化强度和交换作用均有显著增强。室温下,SQUID的测试结果给出,(FeCo)0.70Ge0.30-H薄膜的饱和磁化强度为567emu/cm3,而(FeCo)0.70Ge0.30的饱和磁化强度仅为330emu/cm3,前者是后者的1.72倍；FMR的测试结果给出,(FeCo)0.70Ge0.30-H的交换劲度系数D值为176.2 meV-A,是(FeCo)0.70Ge0.30的1.56倍。我们还分析了(FeCo)xGe1-x-H薄膜样品磁性和交换作用增强的机理,认为在Ge基内部,间隙位的氢原子提供了局域的1s态电子,部分替代位的Fe(Co)原子提供了弱局域的载流子(类s、类p空穴),二者一起与Fe(Co)的3d电子进行强烈地杂化,通过s,p-d杂化建立起Fe(Co)原子之间更强的自旋-自旋交换作用,从而增强了(FeCo)xGe1-x-H材料的本征铁磁性。三、研究了非晶(FeCo)xGe1-x薄膜的电输运性质,发现非晶(FeCo)xGe1-x薄膜的反常霍尔电阻率与纵向电阻率之间不满足通常的标度关系Pxys∝ρxxn(1<n<2)。目前,在一些磁性非均匀材料体系中,对反常霍尔效应物理机制的解释仍然存在争议,我们研究了高FeCo含量的(FeCo)xGe1-x非晶薄膜的霍尔效应。霍尔效应测量结果表明：7.6nm厚(FeCo)0.67Ge0.33薄膜的霍尔电阻率在整个测量温度范围内(5-300 K),均是随着磁场(-3500-3500 Oe)的增大而迅速线性增大,并且不同温度下的霍尔灵敏度(pxy/H)基本相等,约为13.8μΩ·cm·T-1。特别是我们发现非晶(FeCo)xGe1-x薄膜与磁性颗粒膜、多层膜、其他非晶薄膜类似,其霍尔电阻率与纵向电阻率之间并不满足通常的标度关系。