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稀磁半导体(Diluted Magnetic semiconductors, DMSs)作为一种新型的半导体材料同时利用了电子的电荷和自旋属性,因而兼备磁性和半导体特性,具有优异的磁、磁光、磁电等性能,在自旋电子学、光电子领域展现出非常广阔的应用前景。ZnO作为一种宽带隙半导体,激子束缚能较高(60meV),具有温度稳定性好、光透过率高、化学性能稳定,原料丰富易得、价格低廉等优点,并且过渡金属离子易于掺杂,可制备性能良好的稀磁半导体,因而成为目前稀磁半导体材料的研究热点。本论文以过渡元素掺杂的ZnO基稀磁半导体薄膜及纳米材料作为研究对象,利用磁控溅射方法和水热方法制备了Co、Cr、Ni掺杂的ZnO基稀磁半导体材料,研究了各种工艺参数对其结构与性能的影响,并探讨了稀磁半导体材料的磁性来源,以期得到性能优异的ZnO基稀磁半导体薄膜及纳米材料,为其实际应用奠定基础。具体研究内容及结果如下：(1)利用射频磁控溅射法制备了Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜,研究了工作气压、沉积温度、气体比例、退火温度等工艺参数对Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜的结构、形貌及性能的影响。样品均为六方纤锌矿结构,且具有较好的c轴取向,Co元素是以Co2+形式进入ZnO晶格中,替代了Zn2+。Zn1-xCoxO稀磁半导体薄膜表现出较好的室温铁磁性,磁性来源于Co掺杂的ZnO所形成的Zn1-xCoxO薄膜本身,是样品的内禀特性,氧空位的存在有利于诱导Zn1-xCoxO体系表现出铁磁性。(2)在Co掺杂的ZnO稀磁半导体薄膜的基础上,进一步研究了Co-N共掺杂的ZnO稀磁半导体薄膜的结构及磁性。结构分析表明样品仍为六方纤锌矿结构,N的加入对其没有太大影响；磁性分析发现Co-N共掺杂使样品的磁饱和强度增大,说明N元素的加入对提高磁性有利。(3)利用水热法制备了Zn1-xCrxO纳米材料,研究了反应时间、反应温度和Cr掺杂量对Zn1-xCrxO纳米材料的结构、形貌及磁性、光学性能的影响。反应温度、反应时间和Cr掺杂量都会影响Zn1-xCrxO样品的结晶程度和形貌,140℃和13h为本实验的最佳反应条件。Cr掺杂量增加会破坏样品的棒状结构。Zn1-xCrxO样品均有较好的室温铁磁性。随着Cr掺杂量的增加,饱和磁矩逐步增大,掺杂量进一步增加,磁矩反而下降。样品的磁性来源于Zn1-xCrxO稀磁半导体本身。少量的Cr掺杂对ZnO的光致发光性能有促进作用,Cr掺杂量增加后发光强度反而降低。(4)利用水热法制备了Zn1-xNixO纳米材料,探讨了反应时间、表面活性剂含量、Ni掺杂量对其结构及磁性影响。随着反应时间的延长样品的结晶度降低,样品从六方棒状结构逐渐转变为片状结构,反应时间的增加不利于形成结晶质量高的Zn1-xNixO稀磁半导体材料。表面活性剂对其结构及形貌影响不大。Zn1-xNixO样品表现出室温铁磁性,磁性来源于Zn1-xNixO稀磁半导体本身。随着反应时间的增加,样品的磁性下降。随着Ni含量的增加,样品的饱和磁化强度增加。