后摩尔时代,芯片工作频率和集成度越来越高,芯片内部各模组间的电磁干扰问题日益突出,晶圆级电磁兼容设计和测试技术成为必然趋势。由于目前的电磁兼容测试技术大多采用小环天线原理,空间分辨率和工作频率已逼近工程极限,逐渐无法适应晶圆级电磁兼容测试需求,导致高端芯片研发周期拉长、研发成本激增。金刚石氮空位色心（Nitrogen-Vacancy color center,NV色心）是一种发光的原子缺陷,具有优异的光学性能且在室温下具有较长的自旋相干时间,能够在通过激光泵浦进行量子态的初始化和读取,在高分辨磁传感领域有着重要的应用价值。本文采用了一种微米尺寸的锥形光纤量子探头,并对制作样品的系统进行了优化设计。微米晶体的荧光非常微弱,为优化光纤探头的收集效率,使用仿真软件对端面和锥长进行仿真,研究得到亚微米尺寸的金刚石颗粒适合短锥锥长（500μm以下）。实验结果表明,锥形光纤的荧光收集效率相比普通光纤,提升12倍以上,体现锥形光纤的优越性。本文提出一种基于金刚石NV色心的微波磁场成像系统。系统主要由光学模块、测控模块和软件模块组成。光学模块主要通过共聚焦光路和单光子计数器提取荧光光子数;测控模块用于控制激光与微波的同步开关和对待测器件扫描;软件模块主要进行光电信号分析和显示。本文实现了功率放大器芯片的微波磁场扫描成像,有望在亚微米级芯片电磁兼容性能测试和失效分析等方面提供全新的测量解决方案。本文采用量子近场探头对电磁屏蔽膜微米级泄漏进行表征。在电磁屏蔽膜中人为引入微米级缺陷,并测量缺陷的微波磁场泄露。探究探头在器件表面不同高度下的磁场强度,并通过覆盖电磁屏蔽膜扫描其微波场分布,显示了不规则的微米级泄露。测量结果与感应电磁场探头进行对比,验证了基于金刚石NV色心的微波磁场成像系统在电磁屏蔽性能研究中的可行性。本文提出的这种基于金刚石NV色心的微波磁场测量方法,分辨率高、扰动小、体积小、量子标定、工作频率可拓展至毫米波频段等优势,能够适用于亚微米分辨微波磁场测量技术,在未来晶圆级芯片电磁兼容测试和电磁屏蔽性能研究中具有重要意义。