巨磁致伸缩薄膜在微泵、微阀、微开关等MEMS系统以及微型器件中有着广阔的应用前景。本论文以提高TbFe薄膜的低场磁致伸缩性能为主要研究目标，利用TbFe₂磁致伸缩相和α-Fe软磁相纳米晶交换耦合效应降低TbFe薄膜的饱和场，进而提高TbFe薄膜的低场磁致伸缩性能。主要开展了薄膜磁致伸缩系数测试系统发计和构建、非晶态TbFe磁致伸缩薄膜的制备及性能研究、α-Fe／TbFe₂纳米晶交换耦合一维模型的建立，以及快速循环退火对TbFe薄膜磁致伸缩性能的影响等几个方面的系统研究。根据材料力学原理对磁致伸缩薄膜-基片悬臂梁结构进行了分析，推导得到了薄膜磁致伸缩系数与悬臂梁自由端挠度的关系式。基于激光光杠杆放大法，实现了薄膜磁致伸缩系数的计算机辅助测试。通过标定，测试系统的分辨率小于1ppm。采用磁控溅射法制备非晶TbFe薄膜，系统研究了Ar分压和溅射角度对TbFe薄膜微结构、磁性能以及磁致伸缩性能的影响。研究结果表明：随Ar分压的增大，TbFe薄膜中Tb含量增加，薄膜的磁畴结构由垂直于膜面逐渐转向平行于膜面，薄膜的垂直各向异性逐渐减小，面内各向异性逐渐增强。在适当的Ar分压范围内，Ar分压的增加有利于改善薄膜的软磁性能，提高薄膜的低场磁致伸缩性能。倾斜溅射可显著改善TbFe薄膜的软磁性能，提高薄膜的低场磁致伸缩性能。随溅射角度的减小，TbFe薄膜的软磁性能逐渐提高、饱和场逐渐降低、低场磁致伸缩性能逐渐提高。基于能量最小原理，首次建立了α-Fe／TbFe₂纳米晶交换耦合一维模型，采用微磁学方法深入分析了α-Fe／TbFe₂纳米晶交换耦合作用、α-Fe磁各向异性角、软磁相磁晶各向异性常数以及晶粒尺寸对TbFe薄膜磁性能以及磁致伸缩性能的影响。模拟结果表明：与单一的TbFe₂相相比，α-Fe／TbFe₂纳米晶交换耦合效应可显著改善TbFe薄膜的软磁性能，提高TbFe薄膜的低场磁致伸缩性能；α-Fe的磁各向异性角对TbFe薄膜的性能几乎没有影响；软磁相磁晶各向异性常数的减小，有利于TbFe薄膜软磁性能的改善，有利于提高TbFe薄膜低场磁致伸缩性能；α-Fe和bFe₂相晶粒尺寸显著影响TbFe薄膜的性能，在交换耦合尺度范围内，随晶粒尺寸的增大，TbFe薄膜的软磁性能提高，在低场下，TbFe薄膜的磁致伸缩性能提高，而高场下，TbFe薄膜的磁致伸缩性能却降低。首次从理论上解释了α-Fe／TbFe₂纳米晶交换耦合效应可提高TbFe薄膜的低场磁致伸缩性能。系统研究了快速循环退火对TbFe₂和α-Fe纳米晶相的形成、TbFe薄膜微结构、磁性能以及磁致伸缩性能的影响。研究表明：在一定的温度和时间范围内，快速循环退火可在TbFe薄膜中获得纳米晶TbFe₂磁致伸缩相和α-Fe软磁相；在交换耦合尺度范围内，TbFe₂磁致伸缩相和α-Fe软磁相纳米晶交换耦合效应可显著改善TbFe薄膜的软磁性能，提高TbFe薄膜的低场磁致伸缩性能，实验研究结果与理论研究结果定性吻合。首次从实验上证实了α-Fe／TbFe₂纳米晶交换耦合效应可提高TbFe薄膜的低场磁致伸缩性能。本论文得到的制备TbFe薄膜优化工艺参数为：Ar分压0．6Pa，溅射功率80W，靶基距70mm，溅射角度15°，退火温度550℃，退火时间240s，升温速率50℃／s。采用优化工艺制备的TbFe薄膜在外场为16kA／m时，薄膜的磁致伸缩系数为280ppm。