电子同时具有电荷和自旋两种属性，以电场操纵电荷属性来调制其导电行为的半导体电子学，在上世纪已经得到了飞跃的发展，摩尔定律告诉我们:集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度，然而近年来，国际半导体技术发展路线图的更新增长已经变缓，随着集成化程度的提高和器件尺寸的减小，半导体器件越来越接近其物理极限。为了打破传统微电子学的限制，必须同时关注电子的自旋属性，自旋电子学应运而生。在自旋电子学中，利用电子自旋的属性，可实现未来信息存储和通讯技术的更高要求，如速度更快、密度更高、能耗更低、寿命更长、尺寸更小等等。在过去的几十年中，自旋电子学经历了高速的发展。巨磁电阻效应、隧穿磁电阻效应、磁性半导体、自旋霍尔效应等相继被发现，并引起了广泛的研究热潮。巨磁电阻效应是在磁性材料和非磁性材料交替的层状薄膜结构中观察到的，它起源于铁磁金属/金属/铁磁金属中自旋相关的散射效应。而隧穿磁电阻最早在Fe/Ge/Fe的三明治结构中发现，它是源自自旋相关的隧穿效应。磁性半导体集物体的磁性和半导体特性于一体，同时利用电子的电荷和自旋两个属性，兼具半导体电子学和磁电子学的优点，成为二十一世纪最为重要的电子学材料。自从隧穿磁电阻效应发展以来，磁性隧道结由于其对磁场灵敏度高，电阻率高，能耗低，性能稳定，因此在磁存储和磁传感器等领域具有很大的应用价值。在磁性隧道结的相关研究中，已经有了很多进展，然而，在一般的磁性隧道结中，仅能实现某一种自旋电子学现象。比如，大部分报道中像NiO，TiO2，和CoO等过渡金属氧化物，它们经常被用作电致电阻的材料，很少被用于磁性隧道结的绝缘层;而像Al2O3和MgO这样的氧化物，其用于磁性隧道结的绝缘层可产生很大的隧穿磁电阻，但隧道结的电阻却不可用电场调控。因此如果能在一个器件中集隧穿磁电阻与电致电阻特性于一体，便可为实现多态存储等自旋记忆电阻器件提供可能。　　本文采用磁控溅射真空镀膜的方法，并利用金属掩膜设计制备了结面积为100um×100um的、含CoO-ZnO复合势垒层的磁性隧道结Co/CoO-ZnO/Co，并在此结构中同时实现了隧穿磁电阻和电致阻变的有效结合。室温下，高、低阻态之间电阻比率高达90，高阻态遵循隧穿导电特性，低阻态表现为金属导电特性。高阻态时隧穿磁电阻室温下为8％，低温下增加至13.3％。我们用氧离子在氧化锌和氧化亚钴复合势垒层中的运动解释了电致阻变效应的机理，并用XPS证明了CoO的存在。我们成功的制备了室温下的有多重电阻态的磁性隧道结，这将会在以后的多态存储领域有着重要的发展潜力。此外，对于Co/CoO体系，由于其具有较大的交换偏置现象、各向异性磁电阻而引起了广泛的关注。开始的研究都是基于Co是铁磁金属，而CoO是反铁磁绝缘体的性质，后来，人们发现像氧空位、未补偿自旋等缺陷会改变材料的特性。我们便通过控制氧空位浓度的方式，控制CoO1-v薄膜体系中的金属绝缘体相变，并系统的研究了非晶复合CoO1-v体系。我们利用磁控溅射仪，通过控制溅射时氧分压的方法生长了一系列的非晶CoO1-v薄膜，在这个体系中不仅实现了金属-绝缘体相变，还实现了巨大的交换偏置场HE≈4380 Oe和矫顽力HC≈8500 Oe，同时利用热退火处理来改变了样品的磁性和输运性质。另外，通过人工设计多层膜结构，我们也实现了多次磁化反转和多峰磁电阻。具有巨大交换偏置、高饱和磁化强度和高居里温度的非晶CoO1-v薄膜体系将会在未来的自旋电子学中有更为广泛的应用。