近几年,随着物联网、可穿戴设备和智能手机的兴起,基于声波技术的传感器趋于微型化和集成化发展。得益于微电子制造技术和薄膜压电材料的不断进步,MEMS压电声波器件在传感领域得到广泛关注,其利用声电转换效应,通过测量压电声波器件输出的声波信号可以反映出被测物质的特性变化,具有尺寸小、功耗低、可微型化和集成化、便携性等优点。MEMS压电声波器件根据特定的传感应用可以采用不同的振动模式来满足性能需求,被广泛应用于分子质量检测、压力检测、距离和速度检测、加速度和惯性检测、气体检测等领域。本课题制备了两种常用类型的MEMS压电声波器件,通过采用不同的结构设计使得器件工作在纵向和弯曲振动模式,以适应在高频近场和低频远场的传感应用。并将其创新性的应用在可穿戴设备和智能手机,提出基于压电声波器件的MEMS声波陀螺仪和气体传感器。具体研究内容和成果总结如下:1.研究了MEMS压电声波器件的两种常用振动模式（弯曲振动和纵向振动）的工作原理和设计准则。基于理论分析、等效电路模型和有限元仿真建模深入研究了器件薄膜材料、电极覆盖率、层叠厚度及薄膜残余应力对器件振动模式、谐振频率、有效机电耦合系数k~2eff和带宽等性能参数的影响,确定了两种振动模式的MEMS压电声波器件在后期传感应用上的最佳结构尺寸参数,为器件的设计提供了理论基础。2.利用弯曲振动模式MEMS压电声波器件可以产生低频高压声波的特点,将其创新性的用于惯性传感领域,提出了新型MEMS声波陀螺仪的概念。采用弯曲振动模式的压电声波器件作为声波发射器和接收器,利用其产生的超声波信号,通过测量空气腔内声波信号来完成角速度的检测。首先,分别采用一维、二维和三维有限元模型对该声波陀螺仪的工作原理和结构参数进行了研究,并采用实物模拟实验验证了MEMS声波陀螺仪的可行性。其次对器件设计准则和工艺流程进行系统性的评估和优化,采用9层掩膜版完成了5×5 mm~2器件芯片的加工。最后,对器件性能进行了初步测试。与其他类型陀螺仪相比,该新型陀螺仪具有潜在的可行性和性能优越性。3.对纵向振动模式MEMS压电声波器件在气体传感领域的应用进行了研究。首先研究了压电声波器件的惯性质量负载效应,为气体传感应用的研究提供理论指导;其次研究了该模式压电声波器件的气敏特性,与其他模式声波气体传感器相比,该模式压电声波器件具有更高的灵敏度和更低的检测极限;最后创新性的将纵向振动模式MEMS压电声波器件与二维材料石墨烯结合形成双模式气体传感器,通过对吸附气体分子的质量和电荷的同步独立双信号检测并结合Lab VIEW程序得到各类气体独特的频率-电流特性曲线,从而实现对易挥发有机气体的的有效区分和浓度识别。