基于隧穿磁电阻效应（Tunnel Magnetoresistance,TMR）的磁传感器由于具有灵敏度高、体积小、成本低等突出优点,在弱磁探测领域应用前景巨大。非线性度及线性区间是TMR传感器的重要指标,决定了传感器的探测范围与应用场景。针对此问题,本文在“十三五”XXX等项目支持下,从MTJ的线性化结构设计及关键工艺的研究两个方面进行了研究,文章的主要工作及结论如下:针对隧道结敏感体线性化设计方法缺乏问题,提出了一种基于分布参数微磁模拟的磁性隧道结性能仿真方法,并基于此对磁性隧道结的形状及尺寸进行了优化设计,分析磁性隧道结性能随着几何尺寸的变化规律,为敏感体高灵敏线性化设计提供了解决方法;针对磁敏感体的桥式构建及灵敏度提升需求,利用有限元仿真对磁聚集器（Magnetic flux concentrator MFC）进行了对比设计,提出了一种双气隙的磁聚集器结构,仿真结果显示:在相同的条件下,双间隙磁聚集器的磁场放大倍数为单间隙磁聚集器的3-4倍,有效解决了传统磁聚集器放大倍数偏低问题,并结合磁性隧道结的惠斯顿半桥配置方案,设计了一种带双间隙磁聚集器的高灵敏磁敏感体结构,为高灵敏敏感体设计提供了一种有效方案;针对磁敏感体制备成品率低的问题,改进了微纳加工工艺体系,并针对线性化的设计要求,采用了二次磁场退火后处理方案,通过对退火工艺参数进行优化,最终制备出一款高TMR、高非线性度的磁隧道结敏感体;对所研制的磁敏感体磁电阻、输出响应曲线及噪声进行了综合测试,测试结果表明优化后敏感体的非线性度为4.1%,灵敏度从1.5%/Oe增大到了14.5%/Oe。论文相关成果为研制高灵敏磁传感器提供了较好的参考。