超声波换能器通常应用于汽车、消费电子、医学成像等领域,由于超声波具有穿透性强,方向性较好等优势,超声波可以实现测距、识别、成像等功能。针对传统超声换能器体积大、成本高、一致性差等劣势,本文以高频超声波在指纹识别、高分辨率成像等应用作为研究背景,从超声工作频段与优势、超声换能器的分类、以及压电微机械超声换能器（piezoelectric micromachined ultrasonic transducer,PMUT）的国内外发展现状出发,主要围绕PMUT的理论基础、多物理场结构仿真设计与参数优化开展了研究,并且依据MEMS工艺流程进行高频PMUT的制备,开发了一种加工成本低、一致性高、可批量化生产的高频PMUT工艺制备流程,论文主要内容包括:（1）根据PMUT器件的工作原理与PMUT基本结构,将其简化为边界固定圆形薄板,分析了振动与谐振频率。对比多种压电薄膜材料的性能并选择氮化铝薄膜材料作为PMUT压电薄膜层,建立了 PMUT等效电路模型并分析了 PMUT性能指标;（2）通过PMUT结构的分析,采用SOI晶圆为基底的PMUT结构。通过多物理场仿真,确定了高频PMUT薄膜振动层的参数。对PMUT阵元的接收性能与发射性能进行了仿真,得到了 PMUT的位移、应力、电压响应、声压、以及阵列方向性等方面的仿真结果;（3）设计了 PMUT器件的MEMS微加工工艺流程,确定了工艺制备参数并且对PMUT器件进行制备;使用扫描电子显微镜与激光共聚焦显微镜对PMUT器件进行了形貌表征;使用LCR测试仪对PMUT器件进行了阻抗测试,得到谐振频率为7.43MHz,计算得到PMUT器件的机电耦合系数为2.12%。通过对PMUT的理论基础阐述、多物理场仿真的结构仿真与参数优化、PMUT器件制备以及器件形貌的表征与谐振频率的测试,验证了以氮化铝薄膜作为压电层的高频率PMUT器件的仿真设计与器件制备的可行性,为未来制备面向高频应用的氮化铝压电薄膜层的PMUT打下基础。