【摘 要】
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海洋在对外开放及国家经济发展中占据重要地位,在维护国家主权,国家安全及国家发展利益中扮演重要角色。建设海洋强国,必须进一步认识海洋,加快海洋科技创新步伐。声呐技术是探索海洋的重要手段,水声传感器作为其核心部件,更是可以助力中国深海科学研究走向国际前沿。本文结合MEMS(Micro Electro Mechanical System)加工工艺,利用压电效应设计一款四螺旋梁结构的一维矢量水声传感器。首
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海洋在对外开放及国家经济发展中占据重要地位,在维护国家主权,国家安全及国家发展利益中扮演重要角色。建设海洋强国,必须进一步认识海洋,加快海洋科技创新步伐。声呐技术是探索海洋的重要手段,水声传感器作为其核心部件,更是可以助力中国深海科学研究走向国际前沿。本文结合MEMS（Micro Electro Mechanical System）加工工艺,利用压电效应设计一款四螺旋梁结构的一维矢量水声传感器。首先研究声音在水中的传播理论及水声传感器的工作原理,对矢量水声传感器的振动模型进行分析,选定d31型PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3)薄膜作为压电功能材料。对压电一维矢量水声传感器进行初步设计,通过COMSOL仿真对水声传感器关键尺寸进行参数优化;完成器件的模态分析及静电分析,预估压电一维矢量水声传感器工作性能。完成传感器芯片的工艺流程设计及版图设计,制备（111）择优取向的PZT压电薄膜,实现功能层与4英寸SOI（Silicon-On-Insulator）晶圆片的异质集成,完成MEMS加工,得到压电一维矢量水声传感器的芯片单元,进行引线完成初步封装。对水声传感器进行振动系统测试和水声校准系统的测试,通过振动系统测试对器件的稳定性,一致性和可靠性进行了初步验证。通过水声校准系统进行水声传感器的声信号测试,利用比较校准法计算器件灵敏度,结果表明设计的压电一维矢量水声传感器具有较高的灵敏度（-191 dB@500 Hz,-184 dB@1000 Hz）。
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