本论文主要研究了磁性隧道结的热稳定性，即退火对磁性隧道结微结构的影响，通过在反铁磁层与铁磁层之间插入纳米氧化层(NOL)，提高了磁性隧道结的热稳定性，本文的主要结果为： 对于没有插入NOL的普通磁性隧道结，热稳定性较差，退火温度高于280℃时，TMR开始下降，高于300℃时，下降趋于剧烈。卢瑟福背散射(RBS)研究发现，该磁性隧道结在320℃退火后，反铁磁钉扎层中的Mn元素有明显的扩散，Mn元素扩散到被钉扎铁磁层中降低铁磁层的自旋极化率，甚至扩散到势垒层中，影响势垒层/铁磁层界面性质，是导致TMR值下降的重要原因之一。对于插入了NOL的磁性隧道结，其温度稳定性有一定提高，320℃退火后TMR达到最大值，RBS谱线显示该温度退火后Mn元素没有扩散。对比以上结果，可知NOL可以有效地抑制Mn元素的扩散，从而很大地改善了磁性隧道结的热稳定性。 为了进一步研究多层膜中退火前后的元素扩散，采用XPS结合Ar离子刻蚀研究了样品在不同温度退火后的元素深度分布。结果显示，不含NOL的样品在320℃退火后在CoFe/Al2O3界面处发现了扩散的Mn元素，而含有NOL的样品在320℃退火后，只在NOL层才发现了Mn元素。观测结果直接证明了退火过程导致Mn元素扩散到势垒层中，从而导致了TMR下降，而NOL在一定程度上可以有效抑制Mn元素的扩散。