论文摘要
自旋电子学是最近二十年来建立和发展起来的一门集磁学、半导体学、微电子学，信息技术、纳米技术等的新型交叉学科。它在介观尺度范围内研究自旋极化电子的输运特性（包括自旋极化、自旋相关的散射、自旋注入与自旋驰豫等），同时利用电子的电荷和自旋两种特性作为信息的载体，开发研制在新的机理下工作的自旋电子器件。自旋电子器件以其高速度、高集成度、低功耗、快响应、高存储密度等优点，日益受到世界上越来越多企业的青睐和科研小组的关注。 自旋极化电子有效地注入到半导体中的难题严重阻碍了自旋电子器件的进一步开发和利用。Schmidt等人利用扩散输运模型，理论上证明：由于金属和半导体的电导不匹配，计算得到的电流自旋极化率很低，磁电阻很微弱。无法实验测量。因此利用铁磁金属作为自旋注入源实现半导体的自旋极化电子注入是不可能的。理想的自旋注入源应是那些阻抗与半导体相匹配的自旋极化的材料，如铁磁性半导体，或者自旋极化率接近100％的半金属。 我们利用磁控溅射设备，通过重复交替溅射Co和ZnO的办法制备了CoZnO铁磁性半导体。详细研究了CoZnO(dZnO=0.5nm)样品的性质。XRD和HETEM观察发现，该半导体薄膜成分相对均匀的单一相组织，无明显的Co颗粒第二相存在，为六方的纳米晶结构。晶粒的平均尺寸约为4-6nm。利用选区电子衍射观察到ZnO（002）和Co（0002）结构的衍射环，说明在不同的微区域内存在成分的物理涨落，即存在比较而言的富ZnO区和富Co区。磁性测量发现，CoZnO(dZnO=0.5nm)的样品从低温到室温都具有相当高的磁矩：在5K下达到782emu／cm3，相当于1.05μB／Co；在290K下降至581emu／cm3，相当于0.78μB／Co。在5K时，CoZnO(dZnO=0.5nm)样品的矫顽力为1300Oe，随着温度的升高而降低，在室温290K下，降为几十Oe。CoZnO(dZnO=0.5nm)的样品具有比较大的磁电阻效应：当磁场垂直于膜面时，4.8K的磁电阻高达36％，室温290K的磁电阻也达到11％；当磁场平行于膜面时，低温4.3K的磁电阻高达30％，220K的磁电阻为10％。但样品的饱和场较高，大于2T。在饱和场和零场下电阻随温度的变化均满足T-1／2关系，遵从Efros变程跃迁导电机制。我们得出结论，我们所制备的CoZnO样品为单相非匀质的室温氧化物铁磁性半导体。