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理论预言具有室温铁磁性的宽禁带半导体ZnO被人们认为是实现自旋电子器件的优选材料,但目前实验上观察到的铁磁性均被归结于薄膜中所存在的杂质、缺陷或第二相,如何在实验上通过载流子调控实现室温铁磁性依然没有得到证实。针对目前ZnO基稀磁半导体中铁磁性机理与磁性起源研究的困难,本论文采用较低的Co离子注入剂量和较高的注入能量,在高质量的ZnO薄膜中通过对第二相和杂质、缺陷的有效控制实现有效的Co掺杂,深入研究了高温退火过程对ZnO:Co样品结构恢复以及光电磁性质的影响。论文取得的研究结果主要如下：(1)研究了采用高注入能量和相对较低的注入剂量进行Co离子注入的ZnO薄膜的结构与性质对高温退火温度的依赖关系。研究发现高温退火可以显著改善受损伤的ZnO:Co薄膜样品的结构,导致Co离子的迁移并占据锌空位形成代位Co；离子注入产生的锌空位和间隙锌由于其较低的激活能也将使它们较容易发生迁移而复合,并且其中的一部分也可从薄膜表面逸出,导致薄膜中间隙态和空位缺陷浓度的大幅度减小,薄膜的晶体质量得到恢复。低温磁性测量显示,ZnO：Co薄膜均呈顺磁性特征,未能观察到载流子调控的铁磁性特征。研究发现零场冷曲线随着退火温度的提高,其形状从凹转变为凸,显示出该薄膜中存在较弱的铁磁性特征,研究认为这种变化可能与巡游载流子浓度和局域自旋浓度的比值变化相关。研究显示Co离子取代Zn位和锌空位缺陷与ZnO:Co样品所呈现的较弱的铁磁性有关,而样品的顺磁性主要来源于薄膜中大量存在的间隙锌。(2)研究比较了不同的注入能量和注入剂量对ZnO:Co薄膜样品的结构与性质的影响。研究显示离子注入的能量大小对ZnO薄膜损伤的影响较注入剂量的作用更为显著,较低能量的离子注入将导致较大的表面晶格损伤,从而导致较高的缺陷浓度。研究发现尽管高温退火过程确实改善了薄膜的结构与质量,但对不同能量离子注入的样品表现出不同的影响。对于低注入能量的样品,由于较大的晶格损伤和接近表面的掺杂分布,将导致缺陷,特别是锌空位在高温退火中更容易逸出薄膜,因此薄膜中充当浅施主的间隙锌浓度的增加,从而呈现出较高的载流子浓度。低温磁性测量显示ZnO:Co薄膜均呈顺磁性特征,未能观察到载流子调控的铁磁性特征。通过M-T曲线的测量发现所观测到的样品磁性的变化与薄膜掺杂区的载流子浓度,也就是间隙锌的浓度存在较大的关联,而与Co离子的掺杂浓度的变化不具有一致性,显示薄膜的顺磁性特征确实是由薄膜中大量存在的间隙锌贡献的。