电容式微加工超声传感器(Capacitive Micromachining Ultrasonic Transducers)属于微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)传感器,常用于超声定位、超声成像、气体检测、微粒子操控等,与压电式微加工超声传感器(Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers)相比,CMUT在带宽、灵敏度、分辨率、介质阻抗匹配、成本、工艺难度上都更具优势。为了能够大批量生产CMUT,本文研究了其工作原理、仿真方法、制造工艺和测试方法,主要内容包括以下几点:1、对CMUT的基本工作原理进行介绍,并以用于气体传感的CMUT为例,简化模型后对圆形单元半径、振动薄膜厚度、电极间距等参数进行调节,得到满足特定塌陷电压、灵敏度等要求的CMUT传感单元;2、利用多物理场仿真软件COMSOL建立3D有限元模型,考虑热粘性声学、多层膜结构、腔体壁结构的影响,结合多物理场模块、静电模块、电路模块、机械模块等,将外部电信号激励施加于振动薄膜表面,结合理论分析结果和仿真结果微调CMUT尺寸参数,对以简化模型为基础设计的CMUT尺寸进一步优化;3、创新地结合Taguchi实验设计方法,对影响品质特征输出的控制因子水准进行调节,使得品质特征接近目标值且信噪比较高,并对调整控制因子水准时的代价进行量化计算。针对设计的CMUT结构,改进工艺流程中采用的薄膜沉积、金属剥离、干法腐蚀、湿法腐蚀等关键工艺;4、对CMUT版图创新改进,提高器件防污性和稳定性,在理论分析和仿真计算的基础上,结合纳米所提供的MEMS工艺条件制定相应的流程计划,利用L-Edit画图软件将3D结构转换成2D图形后在超净间采用MEMS表面加工工艺完成了实物,验证改进结构的可靠性;5、利用光学显微镜、台阶仪、数字全息显微镜对样品表面进行观察和测量,隐形激光划片后使用电子扫描显微镜对样品侧面进行观察和测量,验证CMUT物理结构完整性。利用探针台测试系统、交流小信号测试系统、阻抗分析仪对样品电学特性进行测试,证明所实现的电容结构具备电容特性,电容上电极具备机械共振特性。