一个典型的铁电隧道结由两个导电电极以及电极之间纳米厚的铁电薄膜层构成,铁电薄膜层起到隧穿势垒的作用。铁电势垒层极化反转引起电阻变化,称为隧穿电致电阻（TER）效应。这种由极化控制铁电隧道结两种非易失性电阻状态（低电阻和高电阻）的特性,可用于随机存取存储器和其它电子器件。提高TER效应的大小有利于铁电隧道结在新型电子器件中的实际应用。过去二十年间,研究方向主要通过调节铁电隧道结的对称性来提升TER效应。具体来说,如通过使用不同的电极、复合势垒层和界面工程等手段,调整电子隧穿有效势垒高度和宽度,从而调节两种极化状态下的直接隧穿。这些研究主要是提高了高阻态的有效势垒高度或者宽度,原因是由于随着薄膜厚度降低,铁电薄膜的铁电性会受到抑制所限制的。为了将铁电隧道结和已有的互补金属氧化物半导体电子器件（CMOS）相结合,在保持铁电薄膜极化稳定性的同时,使铁电隧道结具有高阻态电阻并且又能减小低阻态电阻是至关重要的。本论文提出利用共振能带工程来提升铁电隧道结TER效应的机制。通过在铁电势垒层中嵌入一个带隙较小的超薄介电层,可以形成一个极化可控的势阱。极化方向的反转改变了势阱相对于费米能级的位置,导致了电子输运在直接隧穿和共振隧穿之间的切换,从而实现了巨大的TER效应。我们的理论预测是基于薄膜生长技术的最新发展,目前可以在原子尺度上精确控制薄膜异质结构的生长。通过第一性原理计算和量子力学隧穿模型,我们研究了在BaTiO3势垒中嵌入具有相对较小带隙的单层BaSnO3的铁电隧道结SrRuO3/BaTiO3/SrRuO3。在具有这样复合势垒的铁电隧道结中,BaTiO3势垒层的铁电极化反转使BaSnO3层的导带底处于费米能级以上或以下。对于一个极化方向,BaSnO3层的导带底低于费米能级时,铁电隧道结中输运由共振隧穿效应主导;对于相反极化方向,BaSnO3层的导带底高于费米能级,铁电隧道结的输运由直接隧穿主导。我们发现,通过这样的能带工程,在维持低尺度铁电极化稳定的前提下,大大降低了 ON态电阻,并且可以实现较大的TER效应。此外,我们提出共振能带工程可以与铁电隧道结的非对称性相结合,进一步增强TER效应。我们研究了具有复合势垒的非对称铁电隧道结SrRuO3/BaTiO3/SrTiO3/SrRuO3。共振能带通过两层BaSnO3集成到这个铁电隧道结中形成复合结构的铁电隧道结SrRuO3/BaTiO3/BaSnO3/SrTiO3/SrRuO3。我们的研究表明在这个铁电隧道结中,不对称导致的TER效应和共振隧穿诱导的TER效应可以有效的叠加在一起,进一步增强了 TER效应。在一个极化方向上,BaSnO3和SrTiO3介电层共同作为势垒层,为直接隧穿提供了更高的有效隧穿势垒高度,提高了 OFF态的隧穿电阻;对于相反的极化方向,BaSnO3层提供量子阱产生共振隧穿,大大降低了 ON态的隧穿电阻。我们进一步考虑了金属电极的铁磁性,讨论了 SrRuO3/BaTi（Sn）O3/SrRuO3多铁性隧道结中共振隧穿效应对其性能的影响。我们研究了这个共振多铁隧道结中的四个有效阻态,即由极化反转控制的两个电阻态和由电极磁序平行和反平行控制的两个磁阻态。本论文结构如下:第一部分绪论介绍铁电性及铁电材料;第二部分介绍铁电隧道结及其输运性质;第三部分讨论了铁电隧道结中铁电极化可控的共振能带工程;第四部分讨论在铁电隧道结中将共振能带与非对称性的有效集成;第五部分讨论具有共振隧穿效应的多铁性隧道结;第六部分总结。