CN109188407B - 基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，属于磁声探测技术领域。包括两个磁声表面波谐振器单元组成的磁场探测部分和2×N个阵列排列的压电超声换能器单元组成的声压探测部分，其中，磁声表面波谐振器单元和压电超声换能器单元中的磁致伸缩衬底、金属缓冲层、压电薄膜和保护层共用，两个磁声表面波谐振器单元中的压电薄膜层的厚度不相同。本发明通过将磁声表面波谐振器与压电超声换能器集成为一体，来实现舰船、潜艇、UUV等水下目标的磁场探测和声压探测，具有结构简单、易加工、成本低、集成度高、探测灵敏度高、损耗低、响应速度快等优点。

Description

基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于磁声探测技术领域，具体涉及一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器及其制备方法，该传感器具有磁异常场和声压探测功能，可以用于水下目标探测、定位、导航或其他水声探测系统中。

背景技术

在水声探测技术领域中，水声传感器一般由声压水声传感器与直接或间接测量振速的传感器复合而成，能够同时共点测量水下声标量和矢量(声压梯度、质点振速、加速度、位移或声强等)信息。微型声定向换能器传感元件，即基于MEMS工艺设计的压电超声换能器，是微型声定向系统的重要组成部分，其性能好坏与结构尺寸直接影响声频定向系统的载波频率、输出声压级以及驱动电路元器件选择。对于远场目标检测和安静型潜艇探测，需要低频段高灵敏度的水声传感器，而压电微机械超声换能器(Piezoelectric MEMSUltrasonic Transducers，PMUT，以下用缩写代替)，与传统超声换能器相比，具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、频率控制灵活、频带宽、灵敏度高以及易于与电路集成和实现智能化等特点，使得其适合作为磁声纳探测系统声探测内部振子组件。但仅仅通过单个水声传感器件来对空间目标实现定位是比较困难的，即很难精准确定探测目标与传感器的相对姿态。

由于“磁”与“声”在水中有良好的传播特性，使得复合磁场探测与声压探测成为了水下目标探测的有效技术手段，可以更加充分地获取水中目标特征信息，进行融合处理。例如，在磁声纳技术中，通过对磁信号处理可以实现对水声传感器主响应轴的相对于地磁北极的方位角判断，提高了系统的指向性和定位精度，在水下探测效果很好。目前，磁声纳系统中磁探测部分采用的分立磁传感器主要有：线圈、霍尔器件、磁通门传感器、磁阻传感器、光泵、质子磁力仪等。其中，线圈、霍尔器件、磁阻探测的探测灵敏度都比较低；磁通门磁探仪的灵敏度与体积相关；质子磁力仪虽然灵敏度高，但电路复杂、功耗高，而且不能用于连续探测；光泵磁场灵敏度可高达5pT，但只能用于标量探测，使用和维护费用昂贵。近年来，国内外广泛研究了由压电材料和磁致伸缩材料复合而成的层状磁电复合材料，利用磁电效应可以实现高灵敏度的磁场探测和感知。此外，为了实现低频、超低频磁异常场的探测，最近还提出了磁电声表面波谐振器(Magnetoelectric Surface Acoustic Wave Resonator，缩写为MSAWR，以下用缩写代替)，其工作原理为：选择具有巨杨氏模量的磁致伸缩金属衬底，外加磁场会诱导衬底的杨氏模量发生变化，进而引起压电层的声表面波相速度发生变化；由于声表面波谐振器的波速ν、中心频率f₀、波长λ三者满足：v＝f₀·λ，从而会引起中心频率的大幅改变。MSAWR摆脱了磁电效应所固有的电荷/电压探测模式，没有1/f噪音，不仅可以实现宽频磁场的探测，而且具有无线无源功能，可以用于磁场梯度探测。

目前，已经应用及研究的磁声纳探测器件，均是将矢量水声传感器与磁传感器通过机械构架组合来实现磁声复合探测，或者超磁致声波换能器等。这些磁声传感器件采用机械组合的方式形成，体积大，结构及制备工艺复杂，同时，机械构架耦合水声传感器与磁场传感器，使得磁声纳传感器的一致性较难保证，也难适应当前器件微型化发展的需要。因此，就水下目标探测需求而言，目前尚缺乏一种可实现声压和磁场复合信号探测的高集成化、一致性好、探测灵敏度高、定位精准的传感器。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出一种微型集成化、易加工、高灵敏度的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器及其制备方法，该磁声纳传感器通过将磁声表面波谐振器(MSAWR)与压电超声换能器(PMUT)集成为一体，来实现舰船、潜艇、UUV等水下目标的磁场探测和声压探测，可在不同环境下实现协同探测、精准定位。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，如图3所示，当俯视所述磁声纳传感器时，所述磁声纳传感器包括声压探测和磁场探测两部分，所述磁场探测包括两个磁声表面波谐振器(MSAWR)单元100，声压探测包括2×N个阵列排列的压电超声换能器(PMUT)单元200，N≥2；

所述磁声表面波谐振器单元100包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底1、金属缓冲层2、温度补偿层3、压电薄膜4、叉指换能器5和保护层12；

所述压电超声换能器单元200包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底1、金属缓冲层2、氮化硅层(Si₃N₄)6、二氧化硅层(SiO₂)7、超声换能器下电极8、压电薄膜4、超声换能器上电极10和保护层12，其中，所述压电超声换能器单元200的磁致伸缩衬底中设置超声共振腔11；

所述磁声表面波谐振器单元100和压电超声换能器单元200中的磁致伸缩衬底1、金属缓冲层2、压电薄膜4和保护层12共用，两个磁声表面波谐振器单元中的压电薄膜层的厚度不相同。

进一步地，所述两个磁声表面波谐振器中声表面波传输方向相同。

进一步地，所述两个磁声表面波谐振器单元中的压电薄膜层的厚度不相同，其中一个磁声表面波谐振器单元中磁声表面波器件中心频率(f₀)与压电薄膜厚度(h)的乘积处于声表面波传播频率色散区(即压电薄膜较薄)，另一个磁声表面波谐振器单元中磁声表面波器件中心频率(f₀)与压电薄膜厚度(h)的乘积位于声表面波传播频率非色散区(即压电薄膜较厚)，二者对外界磁场的敏感度不同，即可实现差频信号处理。

进一步地，所述磁声表面波谐振器(MSAWR)单元与压电超声换能器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离；两个磁声表面波谐振器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离；相邻压电超声换能器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离。

进一步地，所述N根据灵敏度要求、栅瓣、器件面积等因素进行设定。

进一步地，所述磁致伸缩衬底1为具有巨杨氏模量效应的磁致伸缩材料，其厚度大于2倍的声表面波波长。

具体地，所述磁致伸缩衬底1为FeB、FeSiB、FeSiBC或FeCoSiB等非晶磁致伸缩带材，或同时具有负泊松比和拉胀效应的Fe_1-xGa_x、Fe_1-yAl_y、Ni_1-zAl_z等磁致伸缩合金块材，其中，x＝0.12～0.33，y＝0.12～0.4，z＝0.041～0.125。

进一步地，所述磁致伸缩衬底的表面粗糙度小于5nm。

进一步地，所述金属缓冲层2为Ti或Cr等，在沉积温度补偿层3时可以有效阻止磁致伸缩衬底被氧化。

进一步地，所述温度补偿层3为SiO₂、Al₂O₃等；频率温度补偿TCF＝1/f*(df/dT)，而TCF受补偿层与压电薄膜层厚度比，以及两者的总厚度的影响，选择合适的厚度比和总厚度，即可实现在一定频率范围内的零温漂。

进一步地，所述压电薄膜4为具有高度c轴取向、高压电系数的ScAlN、AlN、ZnO或GaN等压电薄膜，其厚度为0.5～4μm。

进一步地，所述叉指换能器5为单端口叉指换能器，具体包括输入电极、输出电极、反射栅。

进一步地，所述氮化硅(Si₃N₄)层6和二氧化硅(SiO₂)层7组成复合振动膜作为PMUT单元的支撑层，以及绝缘层的作用。

进一步地，所述超声换能器下电极8和上电极10为Mo、Pt或Al等，厚度为100～200nm。

进一步地，所述超声共振腔11通过刻蚀和电感耦合等离子体处理得到。

进一步地，所述保护层12为SiO₂等。

本发明还提供了一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将具有巨杨氏模量效应的磁致伸缩材料作为磁致伸缩衬底1，厚度大于2倍的声表面波波长，并对磁致伸缩衬底1进行表面抛光、清洗及预处理；

步骤2、在步骤1处理后的磁致伸缩衬底上采用溅射法沉积金属缓冲层2；

步骤3、在金属缓冲层表面利用第一层掩膜通过化学气相沉积法沉积氮化硅(Si₃N₄)层6，去掉掩膜，采用溅射法沉积SiO₂温度补偿层3和二氧化硅(SiO₂)7；

步骤4，在二氧化硅(SiO₂)7表面利用第二层掩膜通过溅射法沉积超声换能器下电极8；

步骤5、去掉掩膜，在SiO₂温度补偿层3和超声换能器下电极8的上表面采用射频反应磁控溅射法沉积压电薄膜4；

步骤6、在步骤5得到的压电薄膜上利用第三层掩膜，通过湿法刻蚀压电薄膜使超声换能器下电极8露出；

步骤7、在压电薄膜表面利用第四层掩膜通过溅射法沉积叉指换能器电极、超声换能器上电极10和超声换能器下电极引线9；

步骤8、利用第五层掩膜在叉指换能器5、超声换能器上电极10和超声换能器下电极引线9上通过溅射法沉积保护层12；

步骤9、在磁致伸缩衬底的背面采用第七层掩膜光刻共振腔图形，利用电感耦合等离子体源(inductively coupled plasma，ICP)技术形成超声共振腔11，最后将电极引线上的SiO₂保护层剥离，露出电极引线。

在磁声表面波谐振器中，磁致伸缩衬底的杨氏模量的改变会造成压电薄膜中瑞利波相速度的变化，从而引起中心频率的改变。一般而言，磁致伸缩衬底的杨氏模量会随着磁场的增加而先降低后增加。在应用中，希望在小的磁场变化范围内有尽可能大的杨氏模量变化，即Δf/H尽可能大。但是，一般磁致伸缩衬底的杨氏模量小于压电薄膜的杨氏模量，使得压电薄膜中的声表面波相速度受限于磁致伸缩衬底的横向剪切波速(对于各向同性介质，

)。当磁场造成磁致伸缩衬底的杨氏模量进一步降低时，其横向剪切波速也会相应降低，这就导致瑞利波的波速上限会降低，限制了磁声表面波谐振器的截止频率。通过引入具有负泊松比的磁致伸缩材料作为衬底，可以有效解决上述技术问题【CN201810264358.3】；这是由于磁致伸缩衬底特殊的拉胀效应和磁-声相互作用，对于同样厚度的压电薄膜，瑞利波的截止频率上限大为提高，并且有很高的机电耦合系数，提高了磁声表面波谐振器的中心频率f₀，使得后端计数器就能更加准确的测试中心频率随磁场的变化，从而有利于提高磁场探测的灵敏度。

超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。PMUT器件的工作原理：当在PMUT上电极10上施加一个高频激励电信号，根据压电体逆压电效应，压电薄膜的表面发生轴向振动，激励产出一个谐振频率为f₀的超声波，即输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率，超声声波遇到障碍物被反射回来被压电超换能器接收，实现发射和接收超声波信号，通过发射、接收不同状态的声压差(中心振动位移)变化(或者频率变化)实现声场传感。本发明采用的PMUT单元结构简单，通过调整单元中压电薄膜的厚度比例，使得PMUT的机电耦合系数较高，换能器的中心静态位移相比普通换能器有更高的冲程，器件具有较大的声压、较高的发射响应和接收灵敏度。

本发明提供的一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，将磁声表面波谐振器(MSAWR)与压电超声换能器(PMUT)集成为一体，利用超声换能器PMUT的声矢量信号探测，可以获得前方目标的距离、方向、宽度和高度信息，也能实时分辨多个同时到达PMUT阵列的目标，然后通过磁声表面波谐振器MSAWR的高灵敏磁方位探测辅助配合，实现声场和磁场信号的双重探测，可精准定位水下目标。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，通过将磁声表面波谐振器(MSAWR)与压电超声换能器(PMUT)集成为一体，来实现舰船、潜艇、UUV等水下目标的磁场探测和声压探测，具有结构简单、易加工、成本低、集成度高、探测灵敏度高、损耗低、响应速度快等优点。

2、本发明提供的一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器中，两个磁声表面波谐振器单元中的压电薄膜层的厚度不相同，其中，较薄的压电薄膜具有频率色散特性，中心频率随磁场的变化而变化，而较厚的压电薄膜无频率色散特性，两者结合可以利用差频信号进行磁场探测，提高了对温度、压力、震动噪音的抑制。

3、本发明结合了磁声表面波谐振器(MSAWR)单元对磁场信号探测的高定向性和压电超声换能器(PMUT)单元对于声场信号探测的远距离，得到的磁声纳传感器可以更加充分地获取水下目标特征信息，并进行融合，提升了探测效率和目标定位能力。

附图说明

图1为本发明提供的磁声表面波谐振器单元100和压电超声换能器单元200的结构示意图；其中，1为磁致伸缩衬底，2为金属缓冲层，3为温度补偿层，4为压电薄膜，5为叉指换能器，6为氮化硅层(Si₃N₄)，7为二氧化硅层(SiO₂)，8为超声换能器下电极，9为超声换能器下电极引线，10为超声换能器上电极，11为超声共振腔，12为保护层；

图2为本发明提供的磁声表面波谐振器单元100(A)的俯视图和压电超声换能器单元200的俯视透视图(B)；

图3为本发明实施例提供的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器的俯视图(a)，以及两个磁声表面波谐振器单元100沿A-A(b)和沿B-B(c)的截面图；其中，13为相邻压电超声换能器单元之间的沟道隔离；

图4为本发明实施例提供的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。

如图1所示，为本发明提供的磁声表面波谐振器单元100和压电超声换能器单元200的结构示意图；所述磁声表面波谐振器单元100包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底1、金属缓冲层2、温度补偿层3、压电薄膜4、叉指换能器5和保护层12；所述压电超声换能器单元200包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底1、金属缓冲层2、氮化硅层(Si₃N₄)6、二氧化硅层(SiO₂)7、超声换能器下电极8、压电薄膜4、超声换能器上电极10和保护层12，其中，所述压电超声换能器单元200的磁致伸缩衬底中设置超声共振腔11；所述磁声表面波谐振器单元100和压电超声换能器单元200中的磁致伸缩衬底1、金属缓冲层2、压电薄膜4和保护层12共用。所述二氧化硅(SiO₂)层7和氮化硅(Si₃N₄)层6组成复合振动膜作为PMUT单元的支撑层，器件后期制备超声共振腔11后，空腔上方薄膜承载能力变弱，二氧化硅(SiO₂)层7和氮化硅(Si₃N₄)层6组成的复合膜可以很好的支撑超声共振腔上方的压电薄膜层。

本发明可实现MSAWR单元与PMUT单元的高度集成化，结合MEMS工艺将如图2所示的MSAWR单元与PMUT单元在同一衬底上进行耦合集成，形成二维阵列，使得器件不仅满足微型化、高集成度发展的需求，还通过磁方位技术辅助PMUTP水声定位，实现不同物理量的探测来提高定位精度。MEMS工艺很容易实现阵列化，并且单元一致性较好。为了提高探测的效率和磁场/声场空间分辨能力，需要多个单元协同工作。如图3(a)所示，为本发明实施例提供的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器的俯视图，包括2个MSAWR单元和4个PMUT单元阵列，二维PMUT阵列中进行其一次发射，即可探测到PMUT阵列二维平面上的三维声像，包括前方目标的距离、方向、宽度和高度信息，也能实时分辨多个同时到达PMUT阵列的目标，实现高效探测。另外，图3器件中采用纵向排列的两个MSAWR单元，其声表面波在单个MSAWR元件中传播的方向相同，两个MSAWR单元采用不同厚度的压电薄膜，根据声表面波在多层结构中的传播特性可知，压电薄膜在一定厚度范围(较薄)内，声表面波存在色散频率，即声表面波速随着频率的变化而改变，此时MSAWR对外加磁场变化很敏感；而当压电薄膜厚度很厚时，其声学特征不受衬底的影响，此时声表面波不存在频率色散特性，即对外界磁场变化不再敏感。如图3(b)截面所示，为阵列中较薄压电薄膜的MSAWR单元，该MSAWR器件单元对外界磁场很敏感，而图3(c)左侧部分的压电薄膜很厚，声表面波无频率色散，此时MSAWR单元对外界磁场不敏感。因此，利用这两个压电薄膜厚度不同的MSAWR可以实现差频信号处理，提高对温度、压力、震动等噪音的抑制能力，实现高精度的弱磁场探测。而所述PMUT阵列也可配置成在对应于低频范围的低频模式中或在对应于高频范围的高频模式中运行，并且通过后端电路可分辨不同器件单元的信号，也可以配置不同的极化方向和极化方式的PMUTP单元，来实现不同频率探测。

实施例1

实施例提供的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器的制备方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1、清洗：

选取800μm厚的Fe_81.3Ga_18.7合金块材作为磁致伸缩衬底1，其厚度远大于2倍声表面波波长；分别依次采用400、1000、3000目砂纸对磁致伸缩衬底表面切割层进行粗抛光，粗抛后的合金衬底在无水乙醇中超声清洗20min，然后，分别采用7μm、3μm、0.25μm不同粒径的金刚石抛光膏依次在抛光垫上进行抛光，而后在抛光机上用50nm的SiO₂悬浮抛光液抛光2h，抛光完成后，用无水乙醇在高功率超声清洗机中对磁致伸缩衬底清洗40min，最后用N₂迅速吹干，得到表面平整光滑的磁致伸缩衬底；

步骤2、预处理：

将步骤1清洗后的磁致伸缩衬底放入磁控溅射预溅室内，利用等离子体对衬底进行预处理，以去除衬底表面的残留污染物层，增强后续所沉积薄膜与磁致伸缩衬底之间的附着力和薄膜质量；预处理过程为：在磁控溅射反溅室内进行反溅，溅射功率为80W，溅射气压为3.0Pa左右，溅射时间为12min；

步骤3、如图S401所示，在步骤2处理后的磁致伸缩衬底1上溅射沉积50nm厚的金属Ti，作为金属缓冲层2，其中，溅射功率为80W，溅射气压为0.5Pa，溅射时间为4min；较高的溅射功率有利于Ti向合金衬底扩散，有利于增强沉积薄膜与磁致伸缩衬底之间的附着性，同时金属Ti层也可以保护磁致伸缩衬底Fe_81.3Ga_18.7不被氧化；

步骤4、如图S402所示，在步骤3得到的Ti缓冲层2表面，利用第一层掩膜AZ5214进行光刻后，采用PECVD法沉积厚度为200nm的氮化硅(Si₃N₄)层6，氮化硅(Si₃N₄)层6对PMUT器件单元的振动膜起支撑作用，也可作绝缘层；

步骤5、如图S403所示，将步骤4中引入的光刻胶剥离，然后采用射频磁控溅射在其表面溅射沉积厚度为200nm的SiO₂补偿层3和SiO₂层7，其中，射频功率为150W，溅射气压为0.3Pa，溅射时间为20min；压电薄膜具有负的频率温度系数，SiO₂具有正的频率温度系数，控制二者厚度比例可以实现温度补偿，同时，SiO₂层7与氮化硅(Si₃N₄)层6组成复合振动膜，作为PMUT单元的支撑层；

步骤6、如图S404所示，在步骤5得到的SiO₂薄膜表面，利用第二层掩膜AZ5214光刻后，溅射沉积厚度为100nm的Mo，作为超声换能器下电极8；

步骤7、如图S405所示，将步骤6引入的光刻胶剥离，然后在SiO₂薄膜和金属Mo表面利用第三层掩膜AZ5214光刻形成一个如图2所示MSAWR器件单元图形，再采用反应磁控溅射法溅射沉积厚度为4μm的高度(002)取向的Sc₄₀Al₆₀N压电薄膜4；然后将第三层掩膜AZ5214引入的光刻胶层进行剥离，再一次采用相同的磁控溅射工艺在其表面溅射沉积1μm厚度的(002)取向的Sc₄₀Al₆₀N压电薄膜，以形成不同厚度的压电薄膜；

步骤8、如图S406所示，在步骤7沉积的压电薄膜上利用第四层掩膜AZ4620/6112刻蚀保护层，通过湿法刻蚀压电薄膜使超声换能器下电极8露出，得到超声换能器下电极引线9沉积的图形i；湿法刻蚀的溶液为碱性较强的0.6％-TMAH(四甲基氢氧化铵[(CH₃)₄NOH])，刻蚀温度为100℃；图中j为较薄压电层的上表面；

步骤9、如图S407所示，将步骤8中引入的光刻胶进行剥离，然后在步骤7沉积的Sc₄₀Al₆₀N压电薄膜上，利用第五层掩膜AZ5214，光刻出叉指换能器电极、超声换能器上电极10和超声换能器下电极引线9图形，然后采用磁控溅射法溅射沉积厚度均为100nm的叉指换能器叉指电极和反射栅(图中未示出)、超声换能器上电极10和超声换能器下电极引线9；其中，超声换能器上电极10尺寸为λ＝40％·d，例如上电极10尺寸d为1.0mm，即波长λ为0.4mm；

步骤10、如图S408所示，将步骤9第五层掩膜AZ5214光刻引入的光刻胶层进行剥离，然后在其表面利用第六层掩膜AZ5214光刻出电极的封装接线图形，再用射频磁控溅射沉积厚度为200nm的SiO₂保护层12；

步骤11、如图S409所示，在磁致伸缩衬底1的背面利用第七层掩膜AZ4620光刻共振空腔图形，采用电感耦合等离子体源(inductively coupled plasma，ICP)技术进行深刻蚀衬底背面，从而形成PMUT器件单元的超声共振腔11，其空腔上部直径为1.2mm，空腔下部直径为1.7mm；最后将步骤9中引入的多余光刻胶剥离掉，露出叉指换能器5、超声换能器上电极10和超声换能器下电极引线9的封装接线部分。

Claims (7)

1.一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，包括声压探测和磁场探测两部分，所述磁场探测包括两个磁声表面波谐振器单元(100)，声压探测包括2×N个阵列排列的压电超声换能器单元(200)，N≥2；

所述磁声表面波谐振器单元包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底(1)、金属缓冲层(2)、温度补偿层(3)、压电薄膜(4)、叉指换能器(5)和保护层(12)；

所述压电超声换能器单元包括自下而上依次设置的磁致伸缩衬底(1)、金属缓冲层(2)、氮化硅层(6)、二氧化硅层(7)、超声换能器下电极(8)、压电薄膜(4)、超声换能器上电极(10)和保护层(12)，其中，所述压电超声换能器单元的磁致伸缩衬底中设置超声共振腔(11)；

所述磁声表面波谐振器单元和压电超声换能器单元中的磁致伸缩衬底(1)、金属缓冲层(2)、压电薄膜(4)和保护层(12)共用，两个磁声表面波谐振器单元中的压电薄膜层的厚度不相同。

2.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁声表面波谐振器单元与压电超声换能器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离；两个磁声表面波谐振器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离；相邻压电超声换能器单元之间设置深度为30～50μm的沟道隔离。

3.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁致伸缩衬底为具有巨杨氏模量效应的磁致伸缩材料，其厚度大于2倍的声表面波波长。

4.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁致伸缩衬底为FeB、FeSiB、FeSiBC、FeCoSiB非晶磁致伸缩带材，或同时具有负泊松比和拉胀效应的Fe_1-xGa_x、Fe_1-yAl_y、Ni_1-zAl_z磁致伸缩合金块材，其中，x＝0.12～0.33，y＝0.12～0.4，z＝0.041～0.125。

5.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述磁致伸缩衬底的表面粗糙度小于5nm。

6.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器，其特征在于，所述金属缓冲层为Ti或Cr，所述温度补偿层为SiO₂，所述压电薄膜为ScAlN、AlN、ZnO或GaN。

7.一种基于磁致伸缩金属衬底的磁声纳传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将具有巨杨氏模量效应的磁致伸缩材料作为磁致伸缩衬底，厚度大于2倍的声表面波波长，并对磁致伸缩衬底进行表面抛光、清洗及预处理；

步骤2、在步骤1处理后的磁致伸缩衬底上采用溅射法沉积金属缓冲层；

步骤3、在金属缓冲层表面利用第一层掩膜通过化学气相沉积法沉积氮化硅层，去掉掩膜，采用溅射法沉积SiO₂温度补偿层和二氧化硅层；

步骤4、在二氧化硅层表面利用第二层掩膜通过溅射法沉积超声换能器下电极；

步骤5、去掉掩膜，在SiO₂温度补偿层和超声换能器下电极的上表面采用射频反应磁控溅射法沉积压电薄膜；

步骤6、在步骤5得到的压电薄膜上利用第三层掩膜，通过湿法刻蚀压电薄膜使超声换能器下电极露出；

步骤7、在压电薄膜表面利用第四层掩膜通过溅射法沉积叉指换能器电极、超声换能器上电极和超声换能器下电极引线；

步骤8、利用第五层掩膜在叉指换能器、超声换能器上电极和超声换能器下电极引线上通过溅射法沉积保护层；

步骤9、在磁致伸缩衬底的背面采用第七层掩膜光刻共振腔图形，利用电感耦合等离子体源技术形成超声共振腔，最后将电极引线上的SiO₂保护层剥离，露出电极引线。

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