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基于磁性隧道结的TMR磁敏传感器由于其高灵敏、低功耗、低噪声和可集成等特点，在工业、航空航天、生物医学和地球物理等领域具有重要的应用价值。如何提高传感器的灵敏度和降低噪声是TMR传感器研究中的重要科学问题。本论文针对这些问题，设计了一种新结构的双钉扎型TMR磁敏传感器、并选择了软磁材料CoFeSiB来提高传感器的灵敏度;另外还利用偏置磁场来抑制传感器中的噪声。主要研究内容如下: (1)制备了探测层（自由层）结构为IrMn(6)/NiFe(tNiFe=20～70)/Ru(0.9)/CoFeB(3 nm)的TMR传感器;通过两步退火过程，实现了TMR传感器的线性响应;通过改变NiFe层的厚度，可以实现对传感器灵敏度和线性范围的调控。 (2)制备了具有CoFeB/CoFeSiB复合自由层结构的磁性隧道结，并研究了在该结构中，低频噪声与温度和磁场的依赖关系，以揭示磁性隧道结中低频噪声的物理机制。研究表明，磁性隧道结的低频噪声在磁矩翻转的过程中急剧增加，对于低磁场下，自由层磁矩翻转场附近，出现了明显的随机电报噪声，通过不同磁场下的噪声分析可以估计波动磁矩的大小。低频噪声随温度的变化表明，在30K以上其变化遵循噪声的热激发模型，在30K以下偏离该模型。 (3)利用具有CoFeSiB自由层的磁性隧道结制备线性TMR传感器以提高传感器的灵敏度;然后利用偏置场，有效地抑制了传感器的巴克豪森噪声，随着偏置场的增大，随机电报噪声得到有效的抑制。通过施加偏置场，还可以有效地调节传感器的灵敏度和线性范围。 (4)为了研究TMR磁敏传感器的物理及表征其噪声特性，我们还自行搭建了交直流电输运测量系统和低频噪声测量系统。同时，为了更方便和系统地研究各类磁电阻（AMR、GMR、TMR等）传感器在不同偏置场下的响应特性，我们还搭建了一台三维磁场探针台，用于各类MR磁敏传感器的工作机制与性能表征等应用基础研究。