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近些年来,声发射检测技术飞速发展,在一定程度上可以反映国家的工业发展水平,重要性不言而喻。声发射源产生的信号可通过介质传播到材料表面进而通过换能器进行检测。压电材料因其具有稳定性好,检测灵敏度高,可集成化的优点广泛应用于声发射换能器,其中PVDF薄膜和AlN薄膜是应用最广的两种压电薄膜材料。PVDF薄膜压电响应高,柔韧性好,但目前主要应用于心跳、呼吸检测等低频领域,而AlN薄膜表面声速传播速度快,具有可集成化和探测器阵列化的显著特点。因此,提高PVDF器件的应用频率,改性AlN薄膜以提高压电性能一直是国内外的研究热点。本文对基于PVDF的超声换能器进行设计、仿真及实验验证进行研究,同时开展改性AlN薄膜材料研究,以满足下一阶段集成阵列化超声传感器的研制。本论文主要工作如下:（1）设计、制作PVDF换能器,并对其进行有限元仿真和实验分析。采用镀有铜电极的聚酰亚胺薄膜做为保护层以及电极引出层,换能器形状设计为矩形,焊接处由空心铆钉和O型端子组合而成,并且对PVDF换能器对施加外力作用的响应进行了仿真。结果发现PVDF换能器在施加恒定的力后恒定力后,换能器在短时间内会输出电压,之后电荷量保持不变;在25KHz、85KHz附件的频率会有较高电压输出;随着薄膜的厚度增加,输出电压也在逐渐增大。对设计完成并制作的PVDF换能器,对敲击信号、断铅信号和固定超声振动源的激励具有很好的响应,测试响应的断铅信号主峰频率约为100KHz,与实际情况相符。（2）研究Er元素对AlN薄膜进行掺杂改性以及薄膜制备工艺对薄膜性能的影响。探讨溅射功率、溅射温度等因素对ErAlN薄膜（002）晶向的生长及性能影响规律。在氮含量0.1940.446中生长ErAlN薄膜,发现当能量充足、沉积速率快时,倾向于生长（100）晶向的薄膜,当能量较高、沉积速率慢时,倾向于生长（002）晶向的薄膜,因此通过调整工艺参数,可以对薄膜的生长结构进行控制。具有最优（002）晶向的ErAlN薄膜的压电系数d33为9.4pm/V,而纯AlN薄膜的d33为5.5pm/V,可见掺杂Er元素可提高AlN薄膜压电响应。（3）针对Er元素掺杂AlN薄膜,设计并制备叉指换能器。研究了曝光时间和显影时间对叉指换能器制备的影响,获得最佳的曝光时间为3.1s,显影时间为7.0s,在ErAlN薄膜上实现了叉指换能器结构。（4）对ErAlN基声表面波超声换能器进行设计、制备和测试。对叉指型ErAlN基超声换能器仿真得到的反谐振频率为190.79MHz,谐振频率为190.84MHz。随着压电层厚度的增加,器件的谐振频率在增加;随着Mo电极层厚度的增加,谐振频率在下降;声表面波换能器的谐振峰位于约180MHz的位置。制备电容型ErAlN基超声换能器并进行相应测试,测试得到换能器对33KHz的振动信号有很好的响应。