MgO势垒磁性隧道结是自旋电子学的核心元器件之一,因其在室温下巨大的磁电阻效应得以应用于硬盘磁读头、磁随机存储器及磁传感器等器件,极大地促进了自旋电子学的发展。基于它的隧穿磁电阻传感器由于其高灵敏度、低噪声、低功耗等优势在汽车电子、工业测量、电子罗盘及生物检测方面均有非常好的应用前景。如何进一步提高传感器的灵敏度并降低噪声,是实现微弱磁场检测的关键。为此,我们对MgO势垒磁性隧道结传感器进行了较为系统的研究。此外,当今电子信息产业蓬勃发展的基础是半导体技术,然而半导体技术仅利用了电子的电荷属性,若能将电子的自旋属性也加以利用,无疑将给电子信息产业的发展带来深远影响,而成功实现对半导体的自旋注入是利用电子自旋属性的前提,因此,我们研究了利用电学方式向SiC材料的自旋注入。本文的主要研究成果如下:（1）在优化磁性隧道结传感器方面,我们采用磁各向异性场较小的软磁材料作为自由层来提升灵敏度,分别制备了基于CoFeSiB和NiFe复合自由层的磁性隧道结,其磁电阻值高达200%,进而利用二次退火的方式成功制备磁性隧道结传感器。在此基础上,通过比较不同材料的传感器,我们发现采用CoFeSiB复合自由层传感器的灵敏度更高。为了降低传感器中1/f噪声,我们使用的隧道结结区面积较大,但这也使得顶部自由层为多畴态,在输运的过程中出现巴克豪森噪声。因此,我们采用施加偏置磁场的方式来让自由层尽可能处于单畴态,但这样会降低传感器灵敏度。在选择合适的偏置磁场使得传感器的性能达到最佳状态后,我们得到的CoFeSiB及NiFe复合自由层传感器的灵敏度分别为3.9%/Oe和2.5%/Oe,通过模拟工业上常用的惠斯通全桥式结构,其电压灵敏度分别达17mV/V/Oe和9.4 mV/V/Oe,线性范围则为±15 Oe和±25 Oe。最终,在噪声的测试中,其场噪声在10 Hz下分别为4.5 nT/?Hz和12.8 nT/?Hz,表明CoFeSiB复合自由层的隧道结磁传感器在弱磁场探测方面具有更为明显的优势。（2）采用双钉扎结构可以对磁隧道结传感器的灵敏度及线性范围等通过薄膜结构的改变进行调控,从而较为充分地满足不同应用场景的参数要求。我们首先制备了基于双钉扎结构MgO势垒的磁性隧道结传感器,还将芯片级串并联的传感器单元集成了磁通聚集器,其中串并联结构可以降低1/f噪声,磁通聚集器通过将传感器感受到的磁场放大,从而间接提升了传感器的灵敏度。在制备的四种传感器中,仅采用串并联工艺的传感器其灵敏度分别为1.85%/Oe及2.5%/Oe,全桥式电压灵敏度分别达10.7 mV/V/Oe和15 mV/V/Oe,零磁场下10 Hz时的噪声分别为3.3 nT/?Hz和2.5 nT/?Hz。另外同时采用串并联工艺并集成磁通聚集器的两种传感器,灵敏度大幅提升至103%/Oe及130%/Oe,全桥式电压灵敏度分别高达460 mV/V/Oe和650 mV/V/Oe,零磁场下10 Hz时的噪声更是低至82pT/?Hz和16 pT/?Hz。此外,我们将其中一种传感器自行封装并进行了总剂量的辐照实验,实验结果显示,当累积剂量达到300 krad（Si）时,传感器的灵敏度和噪声均无明显的变化,表现出了良好的抗总剂量辐照性能,使得其有望在空间领域有所应用。（3）我们通过肖特基势垒实现了SiC材料的电学自旋注入。首先,我们利用磁控溅射制备了n+-SiC/CoFeB的肖特基结并进行基本性质的测量,得出势垒宽度约3.5 nm。基于体系在负偏压下I-V曲线与理想曲线的偏离,我们认为存在三种输运通道:热电子发射通道、直接隧穿通道及经由界面缺陷态的间接隧穿通道。并且在上述肖特基结中,我们同时观测到了Hanle效应和逆Hanle效应,表明成功地实现了自旋注入。接着,我们对不同偏压下的测量结果进行了拟合,并得出自旋弛豫时间。为了解释体系的自旋弛豫时间随偏压的异常依赖关系,我们分别建立了体系无界面缺陷态的输运模型和存在界面缺陷态的输运模型。前者表明自旋弛豫时间应该是一个常数,不随偏压变化。后者表明:在低负偏压下,间接隧穿过程占主导地位,电子的自旋弛豫时间接近缺陷的弛豫时间,随着偏压逐步增加,直接隧穿贡献加大使得自旋弛豫时间接近体区SiC的自旋弛豫时间。最后,我们研究了自旋弛豫时间随温度的变化关系,结合偏压下的结果我们得出,通过改变偏压大小及温度高低可以控制直接隧穿通道和经由界面缺陷态的间接隧穿通道的切换,并最终影响有效的自旋弛豫时间。最后,我们得出SiC中自旋弛豫时间在室温下约为300 ps,界面缺陷态的自旋弛豫时间约为1 ns。