MEMS压电薄膜超声换能器（PMUT）作为高端超声检测仪器的核心传感部件，是推动工业制造、能源化工、医疗卫生和国防军事等应用领域的典型检测仪器发展的关键。其研究可为水下声学探测和智能互联中语音识别等领域的声压传感器应用提供共性技术支撑，可促进高精度声学检测设备技术的发展。相较于其它超声换能器，基于AlN压电薄膜的MEMS压电薄膜超声换能器与CMOS工艺兼容良好，制备过程绿色环保，声匹配性相对较好，具备较高性能表现以及较低的能量损耗，可以应用在极端工作环境中，但其技术壁垒相对较高、研发难度较大。本文开展了以MEMS压电薄膜超声换能器为核心的相关研究，阐述了MEMS压电薄膜超声换能器的基本原理，推导建立了相关基本理论与研究模型，设计并制备基于AlN压电薄膜的差分式MEMS压电薄膜超声换能器和机械缝式MEMS压电薄膜超声换能器，并完成了器件性能测试与应用测试。论文开展的主要工作包括：
　　①分析阐述了目前主要MEMS超声换能器的基本工作原理、研究状况、发展趋势及优缺点，提出MEMS压电薄膜超声换能器的研究意义与目的。
　　②基于超声换能器的基本理论基础，推导建立MEMS压电薄膜超声换能器的声学声场、压电薄膜以及薄膜型超声换能器等相关理论方程与研究模型。分析选择MEMS压电薄膜超声换能器的各功能层材料，设计差分式MEMS压电薄膜超声换能器与机械缝式MEMS压电薄膜超声换能器，通过有限元仿真软件对两种几何结构设计进行性能特性的定性验证分析。
　　③优化设计一套针对所设计两种几何结构MEMS压电薄膜超声换能器的加工工艺方案，包括换能器版图的设计、器件功能层薄膜生长制备工艺、Mo电极与AlN压电薄膜的刻蚀工艺、换能器背部深硅刻蚀工艺等工艺技术，并完成MEMS压电薄膜超声换能器的加工制备。
　　④对制备的MEMS压电薄膜超声换能器进行性能表征与测试分析，完成器件的外表形貌、材料特性、机电特性等性能特性的表征与测试。通过测试结果分析对器件性能产生影响的主要因素，包括器件功能层制备性能影响因素、制备过程中应力控制影响因素以及测试方式方法影响因素等。基于搭建的MEMS压电薄膜超声换能器应用测试平台，进行了近距离的超声波测距传感测试，验证了器件的实际应用性，并对测量误差与系统性能进行了分析。