本文以环境振动监测需求为背景,设计并制作基于MEMS技术晶圆级Li掺杂ZnO多层薄膜加速度传感器。构建了ZnO压电理论模型,优化了ZnO薄膜制备工艺和Li掺杂浓度,给出Li掺杂ZnO多层薄膜加速度传感器基本结构并构建理论模型。采用双压电层结构和MOSFET串联结构优化传感器输出灵敏度,基于MEMS技术实现晶圆级加速度传感器的制作,通过优化制作工艺,制作超薄悬臂梁结构,实现微小加速度的测量。通过搭建测试系统对Li掺杂ZnO多层薄膜加速度传感器及优化结构进行对比测试分析。本文通过分析纤锌矿结构ZnO晶体电偶极矩在xy、xz和yz三个平面投影的受力变化情况,推导出纤锌矿结构ZnO晶体的压电系数矩阵和压电方程。针对纯ZnO薄膜在实际制作过程中常出现n型化的问题,通过引入Li元素杂质调制ZnO薄膜的导电特性,从晶格和能带结构分析Li元素杂质在ZnO中的存在方式,结果给出在富O条件下Li杂质在ZnO中易形成LiZn替位杂质,使ZnO薄膜p型化,增加电阻率从而改善压电特性。基于理论分析,本文采用磁控溅射法制备ZnO压电薄膜,表征分析溅射功率、氧氩比等工艺条件对ZnO压电薄膜微结构的影响,优化制备工艺。在此基础上,表征分析Li掺杂ZnO压电薄膜微结构和Li、Zn和O元素的价态含量,结合d33压电特性测试,得出5 wt%Li掺杂ZnO压电薄膜具有较高的d33压电系数为7.56pm/V。通过搭建d31测试系统对5 wt%Li掺杂ZnO压电薄膜进行测试得出d31压电系数为81.17 p C/N。应用Li掺杂ZnO压电薄膜的优化掺杂浓度和制备工艺,设计Li掺杂ZnO多层薄膜悬臂梁结构加速度传感器。优化压电层结构,给出单、双层Li掺杂ZnO多层薄膜加速度传感器基本结构。通过对多层膜受力分析,构建数学模型,理论分析表明,双压电层输出电压灵敏度为单层的2倍。为进一步提高传感器输出电压灵敏度,提出传感器与MOSFET串联优化结构。采用COMSOL有限元仿真软件对单、双压电层加速度传感器进行力学、电学特性仿真。通过Lift-Off工艺突破多层膜制备过程图形化困难和顶-底电极短路问题,实现晶圆级芯片制作。针对微小加速度的测量,提出一种超薄悬臂梁优化结构,采用湿法腐蚀工艺实现晶圆级芯片制作。通过搭建测试系统,对加速度传感器的瞬态特性、频响特性、动态特性以及灵敏度特性进行测试。结果表明,单层Li掺杂ZnO加速度传感器瞬态输出电压灵敏度为46.05 m V/N,可以实现对加速度的测量。单、双压电层传感器动态输出电压灵敏度为分别26.05 m V/g和33.08 m V/g,双层为单层的1.27倍。与MOSFET串联结构的输出电压灵敏度为2.05 V/g。表征分析结果给出,超薄悬臂梁结构梁厚约为3μm,1方向合力灵敏度为31.55 N/g,表明该结构可以实现微小加速度的测量。本文实现了Li掺杂ZnO多层薄膜加速度传感器小型化、集成化的制作,该传感器可以实现振动环境下加速度的检测,所设计的超薄量加速度传感器可以实现微小加速度检测。