本论文综合利用衍衬像(DCI)、选区电子衍射(SAED)、高分辨像(HREM)、电子能量损失谱(EELS)、X射线能量色散谱(EDS)及扫描电子显微镜(SEM)等显微分析方法对功能薄膜La0．9Sr0．1MnO3(LSMO)和Ge2Sb2Te5以及相关器件进行了系统的研究。通过微观结构解释其宏观物理性能，发展新应用。主要工作根据所研究的材料不同分为两大部分，具体结论如下： 第一部分：La0．1Sr0．9MnO3/Si p-n结退火效应的研究。 1．利用磁控溅射方法在不同退火温度下制备了具有优良整流特性的LSMO/Sip-n结。通过TEM和SAED方法对其退火前后微观结构进行了表征。解释了磁控溅射生长LSMO薄膜的退火机制，描述了退火温度对于LSMO/Si异质结界面的重要影响。发现在退火过程中非晶LSMO薄膜发生多晶化，LSMO/Si界面处出现双层过渡结构，且双层结构的厚度随退火温度的不同有规律的发生变化。通过对EELS谱的研究，发现退火过程使锰元素平均价态在垂直于界面方向上发生变化。 2．发展了LSMO/Si p-n结电学方程用以描述异质结构电压电流特性，证明了在给定电压下Id3(I为电流，d对应于非晶SiOx层的厚度)为常数的关系。对比实验，证明了磁控溅射原位退火方法引入的(LSMO)y(SiOx)1-y层在此p-n结中仅起到p型半导体的作用，沿垂直薄膜方向的Mn3+与Mn4+离子分布不均衡对p-n结的整流特性没有重要影响，整流特征的主要贡献来自于中间层SiOx。提高p-n结的整流特征可以通过调节退火温度以调节SiOx层厚度实现。 第二部分：Ge2Sb2Tes薄膜的电子显微学研究及应用。 3．利用TEM对Ge2Sb2Te5相变薄膜的晶化行为进行了详细研究，研究了不同条件如电子束能量、束流密度和辐照时间等条件下电子束对Ge2Sb2Te5结晶的影响，确定了点晶化最佳电子束辐照强度以及晶化时间，利用对透射电镜扫描附件进行编程实现电子束移动及持续时间的的可控，并利用可控聚焦电子束在非晶GST薄膜上成功制备了高密度晶化点阵，信息存储密度高达0．8Tbit/in2。 4．利用Ge2Sb2Te5薄膜晶化后电阻率大幅度降低这一特点，在扫描电镜中设计了一种全新的微电极制备方法。通过实验证明了在扫描电子显微镜下，通过辅助加热，可以利用低能电子束对Ge2Sb2Te5相变材料薄膜进行晶化，晶化后状态为亚稳态的fcc结构，为进一步实现微电极的制备提供了依据，为原位微观电学测量开辟了一条新的道路。 5．制备了具有中空底电极结构的相变随机存储器(PCRAM)单元，并利用FIB，SEM，TEM，EDS等方法对其微观结构进行了表征，发现中空W电极为SiO2和Ge所填充。通过对Ge2Sb2Te5薄膜区域进行的结晶情况模拟，发现相变薄膜结晶体积的大小依赖于中空区域的尺寸，W电极内半径的不同，导致了PCRAM初始电阻的差异。利用中空W加热电极结构的PCRAM提出了实现具有较高的稳定性，较大了可操作电阻差的多态存储的方法，为相变多态存储器的开发提供了一条新的方向。