本论文研究的对象是可用于手机等个人便携式移动多媒体通讯设备中的压电超声微换能器(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, pMUT),它可以发射出有指向性的声音从而有望解决在公共场合使用这些便携设备的内置扬声器而带来的噪音污染和个人隐私保护问题。本文研究内容包括pMUT的选择依据、设计原理、单元优化和阵列优化,以及制作工艺过程和性能测试。对单元的优化通过建立力学简化模型来分析上电极尺寸、压电层和硅弹性层厚度之比对换能器振幅与机电耦合系数的影响,再结合有限元模拟来验证所得优化尺寸是否符合系统工作频率和带宽要求;对阵列的优化则通过建立离散线点源的线性阵列模型推导出阵列归一化的指向性函数,从而引入无量纲的主瓣宽度因子q,然后讨论阵列单元个数与阵元间距对q的影响以最大化超声波指向性和发射效率。本文还详细说明了采用基于MEMS工艺的PZT/Si接合技术对前述优化结构进行制作的工艺,重点阐述了三个关键技术:PZT陶瓷块材与SOI基片的精确接合、PZT陶瓷的打磨和PZT的图形化。实验制得样品的测试结果表明压电超声微换能器具有良好的微观结构和铁电性能,但是微换能器频率响应与声学性能都不甚理想,在20cm处测得30dB的可听声声压,在载波频率53.6kHz时换能器发射的声波具有微弱的指向性。论文还对可能影响声学性能的因素进行了详细讨论:工艺加工、电路通道设计、换能器的封装以及测试细节。