首先综合介绍了稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors, DMSs)的基本理论和应用前景,以及In2O3材料的结构、性质和用途,并介绍了过渡金属元素掺杂IN2O3基稀磁半导体的研究进展。过渡金属掺杂In2O3基稀磁半导体是本文研究的主要内容,本文实验中选择具有铁磁性的Fe离子和金属单质及氧化物都没有铁磁性的Cu离子作掺杂元素,采用强流金属源MEVVA(Metal Vapor VacuumArc)源离子注入机将Fe离子和Cu离子分别注入到纯In2O3薄膜中来研究Fe离子和Cu离子的注入对In2O3薄膜样品磁性质的影响,发现Fe离子和Cu离子注入后,所制备的In2O3薄膜样品都具有室温铁磁性。对Fe离子注入掺杂的In2O3薄膜样品,研究了Fe离子注入剂量和退火氛围对样品室温铁磁性的影响。不论是在真空退火、还是在氧氛围中退火,样品的室温铁磁性随着Fe离子注入剂量的增加而增强。相比于纯In2O3薄膜样品和同一Fe离子注入剂量的样品,在真空中退火比在氧氛围中退火其室温铁磁性要强。经X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)分析,真空中退火的样品,额外引入了大量的氧空位,氧空位的增加有利于样品室温铁磁性的增强,特别是对纯In2O3薄膜样品,相比于在氧氛围中退火后其可忽略不计的微弱铁磁性,在真空中退火的纯In2O3薄膜样品的饱和磁化强度提高了近十倍,这表明缺陷(如界面、表面缺陷等)、特别是氧空位对纯In2O3薄膜的室温铁磁性有着巨大的贡献。Fe离子注入后,Fe离子取代In离子在In2o3晶格中的位置,在Fe离子固有磁矩的作用下使邻近的电子自旋极化,形成束缚磁极化子,相邻的磁极化子之间磁场叠加发生铁磁耦合相互作用,或者以氧空位为中间媒介发生间接相互作用,产生宏观上的室温铁磁性。在真空中退火的IN2O3薄膜样品引入了大量的额外氧空位,这些引入的额外氧空位既能破坏样品中的Fe离子间通过O离子发生的反铁磁性耦合对(Fe-O2-Fe),又能增加Fe离子间通过氧空位产生Fe-VO-Fe铁磁性耦合对,这也是真空中退火的样品其室温铁磁性比氧氛围中要强的原因所在。本文还研究了Fe离子的注入能量对In2O3薄膜样品磁性的影响,在Fe离子的注入能量较小时,Fe离子在In2O3薄膜中的分布区域较浅,同一注入剂量Fe离子的浓度相对要高一些,而且由于纳米尺寸、表面效应等因素的影响,当Fe离子的注入剂量相同时,较低能量注入制备的Fe离子掺杂In2O3薄膜样品其饱和磁化强度比较高能量注入时要大。除了将具有铁磁性的Fe离子注入到In203薄膜中,文中还选择了金属单质及氧化物都没有铁磁性的Cu元素做掺杂离子以作对比。发现在Cu离子注入后In2O3薄膜样品也具有室温铁磁性,而且较同一注入能量和剂量的Fe离子注入掺杂的In2O3样品的室温铁磁性要强,尽管Cu2的离子磁矩比Fe离子(Fe2+, Fe3+)要小。这是因为一方面注入的Cu离子为+2价,属于p型掺杂,产生的空穴载流子有助于扩大Cu3d轨道与02p轨道杂化产生的束缚磁极化子的作用范围,使更多的Cu离子间发生铁磁耦合相互作用；另一方面,对同一注入剂量和注入能量的Fe离子和Cu离子,由于Cu离子在In2O3基体中的投影射程较Fe离子小,离子注入分布区域较浅,Cu离子的掺杂浓度较Fe离子在其注入区内要高,因而有更多的束缚磁极化子参与磁性相互作用,促进样品的宏观铁磁性的增强。