巨磁电阻效应由于其在信息处理与存储方面的巨大应用前景和丰富内在物理内容引起了物理和材料学界的广泛关注.显微结构对自旋相关电子的散射过程有重要影响,因而决定着相关物理性能.该论文综合利用成像、能谱、电子全息等电子显微学方法研究了纳米氧化层(NOL)镜面反射自旋阀,NiFe/AlO<,x>/NiFe磁隧道结的显微结构与物理性能间关系.获得以下主要结果:对纳米氧化层镜面反射自旋阀的高分辨电子显微结构研究表明,在钉扎层和被钉扎层之间的纳米氧化层(NOL1)处于不完全氧化状态,除氧化过程生成的CoFe氧化物外,仍有部分原铁磁性CoFe保留在该氧化层中,且膜法线方向贯通整个氧化层,直接与CoFe被钉扎层相连接,产生直接耦合.在CoFe自由层之上找不到CoFe的氧化物.光电子能谱结果表明覆盖于自由层之上的纳米氧化层(NOL2)是在溅射过程中通过固相反应CoFeO<,x>+Ta→CoFe+TaO<,x>形成的TaO<,x>氧化层.NOL1和NOL2对自旋极化电子的镜面反射而导致巨磁阻效应显著提高.利用高分辨和电子全息方法揭示了磁隧道结底、顶电极的生长形态和氧化层势垒质量的关系.高分辨显微结果表明位于非晶氧化层之下的底电极呈外延生长,而位于非晶氧化层之上的顶电极呈三维岛状多晶生长.利用电子全息方法,通过研究铁磁电极/非晶氧化势垒层之间的势场分布差异,进一步分析该区域的显微结构对势场分布的影响,结果表明在Al层欠氧化时,氧化层为均匀的欠氧化AlO<,x>薄膜且其与顶、底铁磁电极的界面都很锐利;在Al层理想氧化或过氧化时,氧化层和底电极之间的界面对氧化条件更敏感,但在理想氧化的条件下仍可得到一锐利的界面.另外,当氧化层势垒和铁磁电极界面锐利的时候,由于电子屏蔽效应会在它们的界面处积累电荷.利用基于能量损失谱的元素分布图证明了NiFe/thin FeMn/Cu spacer/thick FeMn各层均保持了其成分连续性,给反铁磁层间耦合效应的确立提供了强有力的微结构支持.利用基于扫描透射显微术的X射线能谱线扫描对NiMn/NiFe/NOL/NiFe多层膜显微结构进行了系统研究,结果表明NOL确实起到了阻止Mn扩散的作用.