磁通门传感器作为一种综合性能优良的磁测量器件,近年来在地磁研究、石油测井、空间磁场探测、航空航天、微型卫星、生物医学、电流测量等诸多领域得到了广泛的应用。然而受自身结构和工作原理的限制,磁通门的体积和功耗偏大。采用微加工工艺制备的微型磁通门虽然成功缩减了器件的尺寸,但功耗未能随之显著降低,反而由于工作产生的热量集中于小区域内而导致散热性差,对传感器的热稳定性造成威胁,使微型磁通门对降低功耗的需求更加迫切。另外,因微加工工艺的引入,磁通门的性能明显下降,灵敏度偏低而噪声过大。这些都是磁通门微型化过程中需要解决的关键技术问题。本文在分析现有微型磁通门的基础上,从结构优化和铁芯性能提升两方面着手,提出了基于微米级多孔铁芯结构的微型磁通门低功耗方法和纳米级多孔软磁薄膜的制备方法,对相关问题进行了深入研究。本论文的主要创新性研究成果如下:(1)提出了一种基于微米级多孔铁芯结构的微型磁通门低功耗方法。现有的缩比铁芯结构微型磁通门能够通过降低激励电流来减小功耗,但同时会增大薄膜铁芯的漏磁,使降低功耗的效果不够明显。本文提出了一种基于微米级多孔铁芯结构的微型磁通门低功耗方法,采用多孔铁芯结构能够降低漏磁并且增加激励线圈内铁芯的有效横截面积。由于孔的拓扑结构会影响多孔铁芯的磁性能,本文通过研究孔的形状、大小和分布等拓扑因素对多孔铁芯性能的影响以及对降低磁通门功耗的贡献,进行了多孔铁芯的拓扑结构优化,并在铁芯制备过程中控制孔的拓扑参数,获得符合要求的多孔铁芯微型磁通门。对制作的器件进行测试,结果显示,多孔铁芯采用六角形孔、5:1缩小比例和阵列式分布的拓扑结构,符合微型磁通门的低功耗要求,同时还兼顾了灵敏度和MEMS工艺的良品率。多孔铁芯微型磁通门的整体性能优于同样工艺条件下制备的缩比铁芯微型磁通门,多孔铁芯微型磁通门相比缩比铁芯微型磁通门,灵敏度提高了13%,功耗降低了40.4%。(2)提出了一种基于结构参数的微米级多孔铁芯微型磁通门最佳激励电流估算方法。最佳激励电流是决定磁通门功耗的重要指标,在微型磁通门的低功耗优化中,可以通过改变结构参数来降低最佳激励电流,减小功耗。分析不同结构参数的微米级多孔铁芯微型磁通门,如果全部采用有限元方法,需要针对不同的参数分别进行建模仿真,占用资源多,计算时间长。本文对多孔铁芯微型磁通门进行一定的有限元分析,通过对数据的拟合计算,提出了基于结构参数的最佳激励电流估算方法。该方法可用于各种多孔铁芯微型磁通门的最佳激励电流快速估算,能够节约大量的时间和资源,缩短优化过程。(3)提出了一种适用于制作纳米级多孔软磁薄膜的硅基氧化铝模板的制备方法。现有的氧化铝模板受机械强度和平整度的限制,无法用于纳米级多孔软磁薄膜的制作。本文提出了一种基于二次阳极化的硅基氧化铝模板制备方法,对得到的氧化铝薄膜进行微观结构表征与厚度测量,结果表明,薄膜具有纳米多孔结构,其孔径大小和孔隙率满足模板的要求,而且薄膜的厚度可控。在氧化铝模板的制备过程中,孔径大小和孔隙率可以通过改变制备条件加以调整,以适用于多种微结构加工。完成的硅基氧化铝模板可以用来制作纳米级多孔软磁薄膜,模板的制备过程与现有微加工工艺兼容。(4)提出了一种适合用作低功耗微型磁通门铁芯的纳米级多孔软磁薄膜的制备方法。受微加工工艺的影响,微型磁通门软磁薄膜铁芯的性能亟待提高,本文从改善铁芯微观结构出发,在兼容微加工工艺的前提下,提出了一种采用硅基多孔氧化铝模板,通过二步复制得到纳米级多孔软磁薄膜铁芯的制备方法。薄膜中的纳米孔道结构使晶粒分布均匀,磁晶各向异性降低,材料异常损失减少,同时纳米孔的存在能充分释放薄膜中的附加应力。对制备的软磁薄膜进行测试,结果显示,软磁薄膜的矫顽力和饱和磁场强度得到有效降低,磁化性能明显改善。以纳米级多孔软磁薄膜作为磁通门铁芯,能够减小最佳激励电流,降低功耗,满足微型磁通门提高性能的要求。本文结合国家自然科学基金课题“微型磁通门的低功耗技术研究(No.60874101)”和教育部高等学校博士学科点专项科研基金课题“基于多孔软磁薄膜的微型磁通门传感器低功耗技术研究(No.20126102110031)”进行研究,对提高微型磁通门性能,拓展其应用领域有重要意义。