本论文综合利用衍衬像、会聚束衍射(CBED)、高分辨像(HREM)、电子能量损失谱(EELS)、X射线能量色散谱(EDS)、电子全息(EH)、高角环形暗场像(HAADF)等电子显微镜方法对ZnO薄膜/磁性隧道结(MagneticTunnelJunctions，MTJs)的微结构及其对材料性能的影响进行了系统的研究。主要工作根据所研究的材料不同分为两大部分，即外延生长ZnO薄膜的研究和磁控溅射磁性隧道结的研究： 第一部分蓝宝石(α-Al2O3)衬底外延生长ZnO薄膜的研究 1利用TEM(tansmissionelectronmicroscopy)和XRD(X-raydiffraction)研究了引入Ga层和未加Ga层的ZnO外延薄膜缺陷的特征，发现在引入Ga润滑薄层后，ZnO薄膜的缺陷显著减少，表明Ga润滑层对缺陷的减少及高质量ZnO的获得起关键性的作用。 2发展了用电子全息(ElectronHolography)技术测定ZnO薄膜的极性。对比实验表明，该方法与EELS和CBED技术一样，可成功用于测定ZnO薄膜的极性。 3利用高分辨和电子全息方法，对蓝宝石衬底(0001)面AlN氮化层的微观结构及其对ZnO薄膜极性的影响作了详细的研究，发现对衬底的预处理情况及氮化温度对薄膜的极性有较大影响，由于不同预处理条件和不同氮化温度引发中间层AlN结构排列变化，从而导致外延ZnO薄膜极性的差异。 第二部分磁控溅射制备的磁性双势垒隧道结的研究 4利用电子全息术对磁性隧道结进行了理论和实验研究。指出磁隧道结中非晶势垒层在全息相位图中表现为“阱”，即透过该区电子波函数的相位相对于其两侧金属电极滞后。利用电子全息成像研究磁隧道结的势分布，揭示了如何识别一些容易在实验全息像中出现的假象。 5利用高分辨电镜和电子全息术研究了退火对双隧道结的微观结构及其对材料性能的影响。发现隧道结经过退火后，底部和顶部两个势垒层都转变得比较均匀，且界面变得较陡峭和平滑，从而导致隧道结的室温TMR从12.8％提高到29.4％。这表明，势垒层的粗糙度及高度对隧道结样品的TMR值起关键性的作用。 6利用TEM和EH相互比较研究了CoFeB基和CoFe基的双势垒隧道结。发现，以CoFeB为基的双势垒隧道结的室温TMR值和V1/2均比CoFe基的高，这可以解释为：非晶CoFeB不仅有较大的自旋极化率，且与非晶态的AlOx层有较好的匹配，可以有效阻止反铁磁层Mn原子的扩散。