磁异探潜、智能磁引信、空间弱磁测量等应用对小型化、高性能磁传感器有急迫需求。现有磁传感器中,隧道结磁电阻（TMR）兼具灵敏度高、尺寸小、功耗低等优势,具备发展成小型化、高性能磁传感器的巨大潜力。然而,1/f噪声严重制约了TMR低频磁场的分辨能力,实现1/f噪声的抑制有望将分辨力提升两个量级以上。针对此问题,本文从噪声机理特性、抑制方法、结构设计、工艺制造、稳定性控制及实验测试等方面对TMR磁传感器的1/f噪声抑制方法开展了研究,主要创新工作如下:1、系统研究了TMR磁传感器在动态电压及磁场条件下的1/f噪声特性,揭示了现有调制抑制方法导致噪声增大的现象及机理。针对现有调制方法无法实现TMR 1/f噪声有效抑制的问题,系统研究了交流电压及磁场下的噪声特性,发现了由于磁畴剧烈翻转或部分噪声阻性特点,1/f噪声在交变情况下均出现不同程度的增大现象,表现为:1)部分1/f噪声被交流电压调制到高频;2)部分1/f噪声被交流磁场调制到高频;3)交流磁场下TMR本底噪声增大。基于此,指出了现有多种调制方法无法取得突破的根本原因,为TMR1/f噪声的有效抑制提供新的方向。2、针对传统调制技术导致噪声增大从而无法有效降低1/f噪声的问题,提出了“磁成零—磁通调制”方法,为TMR磁传感器1/f噪声抑制提供了一种新思路。基于TMR在接近零的交流磁场下噪声基本不变的特性,将磁场补偿应用到磁通调制技术中,提出了一种“磁成零—磁通调制”的1/f噪声抑制方法。利用磁通调制将被测磁场调制到高频,从而降低1/f噪声的影响;同时,通过磁场补偿实时跟踪外磁场的变化,将TMR处的磁场始终稳定在零场附近,避免磁畴的大幅翻转,防止出现磁通调制产生的交流磁场导致噪声增大的现象。除了能够有效降低1/f噪声的影响,该方法使TMR稳定在零磁场工作点,还实现了非线性及磁滞的抑制,同时解决了TMR面向高性能线性磁传感应用所面临的三个难题。3、提出了一种“磁成零—磁通调制”三轴一体化TMR磁传感器方案,并建立了一套具有高调制效率、低干扰耦合的结构设计方法。基于“磁成零—磁通调制”的磁场调控理论,融合磁场差分变轨方法,提出了一种基于“磁成零—磁通调制”的三轴一体化TMR磁传感器总体方案,以提升磁传感器的分辨力、线性度、三轴正交性等性能指标。针对传统三轴磁传感器结构调制效率低、品质因数低及耦合干扰大等问题,开展了高性能结构设计研究,主要包括:1)采用机-电-磁多物理场仿真方法,设计了压电单驱动及检测式的三轴一体化驱动结构、基于平面微补偿线圈的磁场补偿结构,调制效率从18.8%提升至70%左右,品质因数提升了一个量级以上;2)采用JA磁滞模型及有限元仿真方法,分析确定了磁通调制结构引入的磁滞对传感器系统基本无影响;3)针对磁通调制结构引入的干扰耦合问题,从材料、结构设计、电信号处理等多个方面开展了优化设计,使干扰耦合降低两个量级。4、突破了高精度压电驱动结构制备、高平整度调制膜生长、多部件高精度低温互联等关键工艺,建立了一套“磁成零—磁通调制”TMR磁传感器的制备工艺体系,研制了磁传感器样机。“磁成零—磁通调制”结构主要包括压电驱动结构、调制膜、磁场补偿结构等,各部件的高精度制造及多部件的低温互联对传感器的性能指标具有重要影响。针对压电驱动结构多层、多物性等特点,通过压电材料电极图形化、高深度硅刻蚀及金-铟金属共晶键合等工艺方法,实现了压电驱动结构的高精度制备与低温互联,避免了对压电系数、调制膜性能的影响,且有利于提升结构整体的品质因数;采用硫酸盐—抗坏血酸的调制膜电镀工艺体系,通过控制Ni-Fe的比例成分、电镀电流、超声水浴等方式,得到了相对磁导率为2786、且表面平整的调制膜;针对MEMS工艺在结构三维互联方面精度低的问题,提出了一种中间层厚度控制的方法,大大降低了对敏感体安装高度的要求,四路调制膜到敏感体的高度达到预期15μm左右,误差仅有0.33μm,最终研制得到了磁传感器样机。5、提出了幅度-相位双闭环控制方法及幅度-相位检测式的磁场补偿控制方法,大幅提升“磁成零—磁场调制”的稳定性。为了降低环境的干扰、自身漂移等因素导致磁通调制结构谐振频率及幅度发生变化的问题,首先分析了磁通调制结构的等效模型,基于此提出了幅度-相位双闭环控制方法,通过相位控制跟踪结构的谐振频率,同时通过幅度控制稳定结构的振幅,大幅提升磁场调制的稳定性;针对磁场幅度补偿控制方式缺失磁场极性信息导致外磁场在零场附近变化时控制系统失效的问题,将TMR输出的相位信息融合到幅度信息中,提出了一种幅度-相位检测式的磁场跟踪补偿控制方法,实现了零磁场状态的补偿控制。6、建立了一套磁传感器综合性能测试方法,验证了“磁成零—磁通调制”方法的有效性,非线性度降低至0.11%,1/f噪声降低至原来的1.6%,低频磁场分辨力提升40倍以上。建立了一套针对“磁成零—磁通调制”磁传感器综合性能测试方法,对传感器的性能进行了综合评估:1)构建了调制驱动结构的一体化测试系统及微补偿线圈励磁性能测试系统,测试得到驱动结构的谐振性能均满足设计需求,振幅的漂移从4.5%/h降低至0.2%/h,微补偿线圈的励磁系数在1617n T/m A到1889n T/m A之间,满足磁场的补偿需求;2)开展了磁通调制结构调制效率测试,测得磁通调制结构的调制效率从18.8%提升至近70%,相对于目前报导的13%具有显著提升;3)开展了磁传感器输出响应及噪声性能测试,测试结果表明传感器输出非线性误差在±1Oe内降低至0.11%,验证了本方案对TMR磁敏感器件的线性度提升的作用。经过“磁成零—磁通调制”解调后,噪声在不同外磁场下噪声均没有明显恶化,降低至2.1×10-7V/√Hz,抑制到了本底噪声的1.6%,最终使磁传感器对低频磁场的分辨力提升40倍以上。