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弱磁探测在无损探伤、水下目标侦测、生物医学、航空航天等领域表现出了极大的应用和研究价值,通过探测并分析其中的弱磁信号,可以获得一系列包括磁性和非磁性的信息。目前常用的弱磁探测手段主要有霍尔传感器、磁电阻传感器、光泵浦磁力仪、磁通门磁强计、超导量子干涉仪等。其中的磁电阻和霍尔传感器尽管轻巧、便捷,但存在精度较低的问题;而其它技术尽管灵敏度较高、实时性较好,但也存在使用成本高、体积大、构造复杂的问题。近30年来,在特定的高磁导率软磁材料中发现的所谓巨磁阻抗效应（GMI）,由于其中材料的阻抗对弱磁场有极高的灵敏性响应,在弱磁探测领域有极大的应用潜力。同时GMI磁传感器由于低成本、低功耗、高灵敏、简单通用、不受工作环境限制等而表现出更好的效费比。因此,本论文主要考察基于GMI效应的磁性器件。从物理机制上看,GMI效应及阻抗Z主要与磁感应效应尤其是趋肤效应相关,其中的趋肤效应主要决定于材料磁导率和电导率。在给定的磁性材料中,电导率几乎不变,所以任何能引起磁导率变化的因素都会造成样品GMI效应的变化。据此,大量研究工作被报道。在实验上,Fe基、Co基非晶合金和膜体系中的GMI效应被广泛关注:（1）学者多通过电流退火、磁场退火、应力退火、电化学包覆磁性或非磁性层、构建Meander电感结构等来提高非晶软磁合金的横向磁导率及GMI效应,但作为一个影响GMI效应的关键因素,非晶合金本身的形状效应、退磁效应较少受到关注。同时,在趋肤效应这一前提下,GMI效应本身也是一种表面效应。此时非晶材料本身的表面状况、表面直接处理等对其GMI效应具有不可忽视的影响。这成为进一步提升其GMI效应的另一个切入点。（2）在膜体系中,学者多通过把Fe Ni、Co Fe B、Co Si B、Fe Si B等构建成“三明治”多层膜的形式,借助层间耦合来提升磁导率并进而获得高GMI值,单层膜则多用含Nb、Zr等贵金属的高磁导率Co Nb Zr合金。这一方面使GMI器件制作工艺复杂化,另一方面也增加了成本。（3）此外,在磁探测技术中,传感器量程也是一个十分重要的指标。作为磁探测手段的一种,GMI传感器量程尤其是量程可调式GMI传感器几乎无人问津。基于以上问题,本论文主要做了如下研究:1、Co基非晶带的GMI效应及应用研究。（1）对Co基非晶带分别进行横向图案化处理、侧边曲线退磁优化处理,考察了两者对Co基非晶带磁性、GMI效应的影响。结果表明,横向图案化理使横向GMI值从～3%增加到～50%,但使纵向GMI值从～180%降低到～40%,这主要与两个方向的形状各向异性竞争引起的磁导率变化相关;同时,侧边曲线化处理中,两边凸出（Convex）优化、单段曲线（1 Curve）优化均使Co基非晶带的GMI值有～10%的提升,双段（2 Curves）及三段（3 Curves）曲线优化则使GMI值提升达～14%,同时,曲线优化高度hout、hin也对Co基非晶带的GMI提升有一定帮助,这些变化主要与退磁效应引起的磁性变化尤其是磁导率变化相关。（2）通过离子束和电化学两种方法对Co基非晶带进行表面处理,研究了表面状况对Co基非晶带磁性、GMI效应的影响。结果表明,离子束轰击使样品GMI值从～152%减小到～90%,但短时间(tpoli≤tcri)的电化学处理使GMI值从～210%增大到～270%,长时间处理则引起GMI值下降。这主要与其中的应力和磁导率变化等相关。论文还提出了一种基于“样品表面质量、厚度减薄引起应力分布变化”的唯象模型。（3）结合仿真和实验,构建了环形电感结构的Co基非晶GMI器件,并考察了器件的GMI效应和电流传感性能。2、在Fe、Co比例为65:35的Fe65Co35合金有高达～2.45 T的Bs,并有望通过掺杂获得极高磁导率等事实的基础上,系统研究了N掺杂、厚度等对Fe Co N单层膜高频阻抗、GMI效应的影响。此外,基于“铁磁/反铁磁”体系有望诱导出交换偏置并进而增大“GMI-Hdc”响应线性度和磁场测量范围等事实,论文也考察了“Fe Co N/Fe50Mn50/Ta”多层膜中的GMI效应。最终结果表明,N掺杂浓度6%且厚度为300 nm的Fe Co N单层膜有39.71%的极大GMI值,这与袁慧敏Fe Zr BNb单层膜中最高5.9%的GMI值相比有近八倍的提升,与San-Sheng Wang对（Fe Ni/Ti）4/Fe Ni多层膜热处理后的GMI值（37%-60%）极为接近。而交换偏置的多层膜则因Fe Co N为非晶态、且Ta易于造成信号泄露而使GMI效应降低。3、为了表征膜体系的GMI效应,膜结构的高频阻抗测试也是一个需要解决的问题,论文在设计了双端“开口”微带夹具的基础上,也给出了阻抗测试方法。4、论文最后还构建了“电致伸缩/逆磁致伸缩”耦合效应的量程可调式GMI磁传感器。结合理论模拟和实验测试两种手段,研究了“PZT陶瓷驱动器/Fe基非晶带”量程可调式GMI磁传感器的磁探测性能,为未来构建同时兼顾“弱磁场探测”和“常规大磁场探测”的高性能GMI磁传感器提供了思路。