电子同时具有电荷和自旋两种属性,对电子属性中电荷的研究极大地推动了以集成电路为核心的传统微电子学的快速发展。自20世纪末,人们开始关注电子另一属性——自旋的研究,自旋电子学这一新兴学科也由此诞生。自旋电子学可以同时利用电子的电荷和自旋两个自由度,研发出新的、低功耗自旋电子器件,如磁传感器、高密度磁随机存储器、自旋逻辑器件等。新型自旋电子器件的研发以及应用,有望突破性地提高信息的存储密度和处理速度,从而解决当前微电子技术的瓶颈。1988年,德国的Peter Grunberg教授和法国的Albert Fert教授几乎同时发现了巨磁电阻效应,使得磁记录技术得以迅猛发展。随后,人们在A1203和MgO为势垒层的铁磁/绝缘体/铁磁“三明治”结构中发现显著的磁电阻信号,即隧穿磁电阻效应。基于TMR效应的磁存储技术,可以进一步提高磁记录密度。在提高存储密度的同时,越来越多的具有大矫顽力的磁性材料被应用到硬盘中,影响磁头磁矩的翻转速度。这个问题得以解决,依赖于微波辅助磁记录的发展。该技术原理如下:当磁矩在外磁场的作用下绕有效场发生进动时,施加一微波场,降低磁记录材料的矫顽力,使存储单元的磁化方向易于翻转,从而提高磁头的写入能力。为了解决这一问题,人们研发了基于磁性隧道结的自旋纳米振荡器。自旋纳米振荡器在传感器、微波通信、微波源和微波探测等领域也有很大的应用前景。研究表明,磁性隧道结作为自旋纳米振荡器的核心结构,其结构和性能直接影响到自旋纳米振荡器的工作性能。本论文的工作之一便是利用磁控溅射的方法制备高稳定性,高输出功率的隧道结。考虑到人工反铁磁具有稳定性高、杂散场小等优点,我们使用人工反铁磁结构作为钉扎层来钉扎磁性固定层。制备完整隧道IrMn/CoFe/Ru/CoFeB/MgO/CoFeB,当MgO厚度为1 nm时,测量得出TMR为24.9%。在CoFeB/MgO/CoFeB磁性隧道结中,矫顽力较小的上层CoFeB为自由层,而有研究表明,利用人工反铁磁结构作为磁性隧道结中的自由层可以增强热稳定性并降低临界翻转电流。并且固定层面内磁化、自由层垂直磁化的面内垂直磁化结构的自旋纳米振荡器,可以产生较大的进动角,进而产生较大的输出信号。所以本论文的另一工作是制备具有垂直各向异性的人工反铁磁体[Pt/Co]N1/Ru/[Co/Pt]N2,并对其层间交换耦合以及多层膜结构和周期数对磁化翻转的影响进行了系统研究,以期应用到磁性隧道结中。