中文摘要：

采用脉冲激光沉积法制备3d过渡金属掺杂的ZnO基稀磁半导体薄膜。研究整个制备过程对薄膜最终结构和磁性能的影响。通过选择3d过渡金属的种类、控制掺杂元素的百分含量、增加载流子浓度和选用最佳制备方案等使ZnO基稀磁半导体薄膜的居里温度提高到室温以上，并使其具有由过渡金属磁性正离子取代Zn离子的均相结构。结合理论模拟进一步弄清其磁性来源和磁性机制。本项目的研究结果将会为实现ZnO基稀磁半导体器件化的奠定

结论摘要：

在对3d过渡金属掺杂ZnO稀磁半导体的相关实验和理论研究中，我们发现，(1)通过精确控制脉冲激光沉积ZnMnO和ZnCoO薄膜的制备条件，可以使其室温磁矩接近5μB/Mn2+和3μB/Co2+的理想值，我们首次发现并报道了ZnO基稀磁半导体薄膜室温磁矩接近理想值的结果，而且研究还发现Al掺杂的ZnMnO和ZnCoO的单位过渡金属离子的磁矩与载流子浓度密切相关；(2)对磁控共溅射制备的Co、Mn、V掺杂ZnO薄膜的研究发现，基片温度对薄膜结构有较大的影响，后期高真空(1.0×10-4Pa)退火可以使薄膜的磁矩明显增大，350～500℃是一个较好的退火温度范围，500℃退火的Co、Mn、V掺杂的ZnO薄膜中，ZnCoO薄膜的磁矩最大，ZnVO的次之，ZnMnO的最小；(3)采用蒙特卡罗方法研究了脉冲激光溅射沉积ZnO薄膜的过程，结果表明，基片温度、入射粒子剩余能量和单个脉冲覆盖度是很重要的参数，只有参数选择在合适的范围内才能观察到良好的ZnO薄膜自组织生长现象；采用第一原理对掺杂3d过渡金属的ZnO进行模拟计算,发现磁矩与过渡金属元素的种类和掺杂量密切相关。