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氧化物基稀磁半导体由于具有光学透明性和室温的铁磁性被认为是实现自旋电子学器件的最有前途的一类材料。将过渡金属元素掺杂进入宽禁带氧化物半导体中可获得室温甚至高温的铁磁性，具有重要的应用前景，因而受到人们的重视。氧化镉(CdO)作为一种直带隙、宽禁带的氧化物半导体，同ZnO一样，可以作为稀磁半导体的基体材料。本文中我们用水热法合成了具有室温下铁磁性的Ni2+离子和Co2+离子掺杂的CdO基稀磁半导体纳米结构，对所制备样品的结构和磁、电性质进行了系统的表征，并探讨了其生长机理、磁性来源及磁电耦合机制。
所获得的主要研究成果如下：
(1)利用水热法，根据Cd(OH)，2在高温下分解为CdO的特性，制备出了不同掺杂浓度的Ni：CdO和Co：CdO的纳米颗粒，并研究了其生长特性和生长机理。我们对所制备的纳米颗粒进行TEM和XRD表征，发现所制备的纳米颗粒大小对反应时间和反应温度特别敏感，粒径随温度的提高和反应时间的延长而变大。我们建立了相应的掺杂CdO纳米晶的生长模型，认为其生长是一个类似Ostwald熟化的过程，即先由Cd(OH)2逐步分解成CdO进而形核生成CdO纳米微晶，然后CdO纳米微晶之间相互碰撞结合而形成最终的纳米粒子。这使得离子掺杂CdO纳米颗粒的粒径大小更依赖于温度和时间，也使其粒径大小更方便用反应温度和反应时间来控制。XPS表征结果表明掺杂的CdO纳米结构中Ni和Co元素都为正二价，结合XRD表征结果，我们可以确认Ni：CdO和Co：CdO纳米结构中的Ni和Co离子属替位掺杂。同时，我们以Co：Cd(OH)2溶胶和Ni：Cd(OH)2溶胶为前驱体，用旋涂法进一步成功制备出了不同掺杂浓度的Ni：CdO和Co：CdO纳米结构薄膜。
(2)对制备的Ni和Co离子掺杂的CdO基稀磁半导体的纳米结构进行了系统的磁学和电学性质表征。观察到了Ni和Co离子掺杂的CdO基稀磁半导体的纳米结构都呈现出明显的室温铁磁性，电导率的测试结果表明，样品呈n型半导体特征。并且掺杂元素的浓度对其磁性和电学性质具有明显的影响，Ni掺杂的CdO粉末样品饱和磁矩随掺杂浓度的提高而提高，并在掺杂浓度为4％左右时饱和磁矩达到饱和；而Ni掺杂的CdO薄膜的电导率随掺杂浓度的增大从100S/cm左右减小到了30S/cm左右。Co掺杂的CdO薄膜样品饱和磁矩随掺杂浓度的提高先增大后减小，在掺杂浓度为5％时，饱和磁矩达到了最大值，为3.2EMU/cc，其电导率随掺杂浓度增大先减后有微弱的增长，并在8％左右时电导率达到最小值，为30S/cm左右。我们结合上述掺杂的CdO基稀磁半导体的纳米结构的磁学和电学性质，认为其铁磁性来源是由RKKY机制、间接超交换机制和直接超交换机制共同起作用的结果，即在低浓度掺杂下，载流子浓度高，掺杂离子间距大，铁磁性主要由RKKY和间接超交换机制产生；在高浓度时，载流子浓度变低，掺杂离子间距变小，直接超交换机制作用变大，产生的反铁磁性抵消了一部分铁磁性，使得铁磁性减弱。
(3)研究了离子掺杂CdO基稀磁半导体纳米薄膜的电磁耦合特性，当外加3kOe的磁场的时候，样品呈现出室温下的低场正磁电阻(MR)效应和正磁电容效应(MC)。低浓度下随掺杂浓度的增加，Co：CdO纳米薄膜MR持续增大，在掺杂浓度7％左右，达到最大值1.5％，其后在掺杂浓度为11％时MR突然变小。Ni：CdO的MC随掺杂浓度增大先增大，当掺杂浓度为4％左右时达到最大值2.5％，MC开始缓慢减小。我们认为这种电磁耦合特性随掺杂浓度的变化是由于RKKY机制和间接交换机制引起的反磁电阻和反磁电容效应与直接交换机制引起的正磁电阻和正磁电容效应相互竞争的结果。