自旋是电子除电荷与质量外的另一个基本属性,基于电子自旋的自旋电子学器件也受到研究工作者越来越多的关注。本文应用磁控溅射和高温氮化技术在半导体材料GaN上制备了铁磁性的ε-Fe_2³N薄膜,并对其微观结构特性、磁学调控特性进行了研究;同时,对基于Fe/Al₂O₃/ε-Fe_2³N/GaN结构的自旋阀器件基本结构也进行了初步研究。研究结果表明:应用磁控溅射在c轴取向的GaN上可以制备出高晶体质量、同为c轴取向的ε-Fe_2³N薄膜。更为重要的是,ε-Fe_2³N中的Fe:N比例随N₂分压变化而变化,可以通过改变N₂的分压来调控其组份和微观结构:当N₂分压在0.15 Pa以下时,可以制备出质量较好的c轴取向的单相ε-Fe_2³N薄膜;当N₂分压增加到0.25 Pa时,制备出的ε-Fe_2³N样品中出现了γ’’-FeN组份,此时样品的结晶质量有所下降。同时,样品表面随着ε-Fe_2³N中Fe:N比例降低,越来越光滑;但当γ’’-FeN组份出现后,样品表面变得相对粗糙。样品组份特性研究表明,N₂分压由0.05 Pa增大0.15 Pa时,样品表面变得越来越容易被氧化;但当N₂分压达到0.25 Pa时,样品表面变得相对不易被氧化,我们认为这同样是由于γ’’-FeN相的出现所导致。样品磁学性能研究表明,可以通过改变Fe:N比例来调控ε-Fe_2³N的磁学性能:当N₂分压较低时,铁磁性的ε-Fe_2³N饱和磁化强度M_s随着N₂分压的增加而减少;N₂分压较高时,ε-Fe_2³N样品的居里温度低于室温,这主要是由于N离子的掺入减弱了ε-Fe_2³N中Fe-Fe的铁磁耦合,从而降低了饱和磁化强度与居里温度。应用高温氮化技术我们在GaN上制备了ε-Fe_2³N薄膜,研究结果表明其晶体质量和磁学特性均差于应用磁控溅射制备的样品。在此基础上,我们制备了Fe/Al₂O₃/ε-Fe_2³N/GaN三层自旋阀结构并对其基本结构特性进行了研究,这为我们下一步深入研究基于ε-Fe_2³N/GaN铁磁/半导体结构的自旋电子学器件奠定了基础。