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本文研究磁性隧道结中自旋电子的隧穿行为，提出了隧穿磁阻(TMR)在有限温度下的偏压依赖理论。通过在绝缘层势垒中引入近似的WKB波函数，将仅适用于零偏压隧穿的Slonczewski模型推广到有限偏压情形。理论的要点在于，将磁性隧道结的三层结构视为一个统一的量子整体，三个区域中的电子波函数在铁磁电极/绝缘层交界面处进行量子衔接。由此获得的透射系数是一个指数型衰减因子和一个自旋相关的前因子之乘积。我们发现透射系数的前因子强烈的依赖于偏压和隧穿电子的能量，正是这一特性，导致了实验上TMR强烈的电压依赖。所建立的理论在数值上首次给出了TMR随偏压单调减小并在某一转变电压Vc处的变号行为，合理解释了Sharma等人在1999年观测到的负TMR效应。理论还解析的证明了：由于隧道结中三个区域之间的量子关联，导致电子的隧穿行为受一个随偏压单调减小的量子相干因子D(ELx，ELt，V)的控制。理论分析表明，TMR随偏压快速下降并且改变符号的特性本质上来源于这个量子相干因子强烈的偏压依赖行为，而目前在TMR领域中所流行的电极态密度效应却并非主要因素。
根据这个理论，系统的讨论了对称型隧道结中TMR和描述TMR变号的转变电压Vc受温度，绝缘层势垒高度，绝缘层厚度以及绝缘层中电子有效质量的影响。主要结论如下：
(1)零偏压TMR将随温度升高而显著下降。物理上这一行为主要来源于铁磁电极的序参量(磁化强度)因升温而减小。这就解释了实验上TMR总是随温度升高而减小的事实。此外，我们还发现，铁磁电极序参量的温度依赖将导致转变电压Vc随升温而减小，这一预言已为最近的实验所证实。
(2)转变电压Vc在有限温下与绝缘层势垒高度近似的成线性关系，势垒越高，Vc越大。这一特性可以说明为什么在有些隧道结中可以观测到TMR变负的行为，另一些则观测不到。这是因为，对于绝缘层势垒比较高的隧道结，它们的转变电压变得如此之大以至于超过了隧道结自身的击穿电压，从而无法在实验观测范围内看到TMR变号的行为。此外，铁磁电极的磁化强度也显著的影响转变电压的大小，表现为：电极的磁化越强，TMR的转变电压也越大。
(3)零偏压TMR随绝缘层厚度增加而减小。其物理原因在于透射系数中前因子的能量依赖导致平行磁化的隧穿电导随绝缘层厚度增加的减小要快于反平行磁化的隧穿电导的相应减小，从而使得零偏压的TMR随厚度增加而减小。
(4)零偏压的TMR和转变电压Vc均受绝缘层中电子有效质量mB的强烈影响，表现为两者均随有效质量的减小而显著增大。因此，除绝缘层势垒高度的影响之外，绝缘层中的电子有效质量是控制TMR变号行为的另一重要因素。正是这两种因素的协同效应影响转变电压Vc的大小，使得在势垒较高和mB较小的磁性隧道结中，TMR在很大的偏压范围内都保持正值而不能观测到变号的行为。这就解释了实验上从未观测到Al2O3隧道结中TMR随加压变号的事实。
最后，讨论了复合型隧道结(即绝缘层由两种金属氧化物组成的隧道结)中TMR随偏压变化曲线的不对称特性，数值拟合了Al2O3/ZrO2复合型隧道结中TMR的偏压依赖曲线，并对转变电压的厚度依赖曲线中存在极小值的新现象给出了一种可能的物理解释。