该文研究了在超高性能声表面波(I.H.P. SAW)衬底上, 孔径总长对叉指末端具有能够抑制横向模态的小锤结构的谐振器性能。在衬底结构为Y 42°-钽酸锂(Y42°-LT)/SiO2/多晶硅(Poly-Si)/Si上, 通过建立对应的有限元三维仿真模型, 初步得出在小锤结构下孔径总长的增大能够抑制横向模态杂散的结论。绘制了周期T为1.44 μm、2 μm、2.56 μm下, 孔径总长为7.5T、10T、15T、20T、25T、32.5T、40T的单端口谐振器版图并进行流片。通过实测结果表明, 在不同周期下, 随着孔径总长的不断增加, 对谐振器横向模态的抑制会不断增强, 机电耦合系数也不断增加, 在孔径总长约为20T时阻抗比最高。仿真和实测结果体现了孔径总长对I.H.P. SAW谐振器的性能影响较大, 为应用于I.H.P. SAW滤波器中的高性能谐振器提供了设计指导。

为了准确地设计声表滤波器, 需要从参考声表面波(SAW)谐振器的测量值中提取精确的材料参数。测量SAW谐振器时, 单个谐振器无法直接进行测试, 需要引出传输线并使用GSG或GS探针进行测量, 消除传输线影响的去嵌入过程对于SAW谐振器材料参数的准确提取非常重要。该文介绍了几种声表面波谐振器的去嵌入技术, 包括Open-Short算法、电磁仿真方法、分段等效电路模型方法、集**数等效电路法。通过实例验证了几种常用的去嵌方法并对其进行了分析。

现代科技的发展对高频声表面波(SAW)器件的需求不断增加, 对其工作频率也提出了更高的要求。为了提高SAW器件的频率, 该文构建了一种IDTs电极分层布局的器件模型, 即IDTs/AlN/IDTs/R-sapphire结构, 并采用有限元法分析其声学性能, 包括导纳、相速度、机电耦合系数等。结果表明, IDTs/AlN/IDTs/R-sapphire结构可激发出瑞利波, 且当AlN压电薄膜厚度hAlN=0.4λ(λ为器件周期), 水平中心距Pb=4 μm时, 其工作频率为692 MHz, 传统的IDTs/AlN/R-sapphire结构器件提高了近1倍(356 MHz), 而此时机电耦合系数K2为0.3%, 比传统结构高。另外, 通过优化IDTs电极的结构参数可进一步改善、调制瑞利波器件的性能。当IDTs的上层铜电极和下层铝电极厚度之比Δh=1.2, Pb=4 μm, hAlN/λ=0.5时, 瑞利波器件的谐振频率为657.9 MHz, K2=1.27％; 当Pb=6 μm时, 瑞利波的工作频率为461 MHz, 机电耦合系数达到最大(K2max=1.34％), 较传统IDTs单层布局结构瑞利波器件分别提升了30%和300％。结果表明, IDTs电极分层布局结构不仅可有效地提高SAW器件的工作频率和机电耦合系数, 也可以降低高频SAW器件的制备难度。

该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明，Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激励声波的谐振频率、机电耦合系数和对应的频率温度系数(TCF)，且对所激励声波的正反谐振点的TCF影响不同。此研究在传感及滤波器件领域极具应用潜力。

本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3, PMN-PZT)压电陶瓷, 研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律, 得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时, 压电常数d33=611 pC/N, 机电耦合系数kp=0.68, 介电损耗tan δ=1.65%,相对介电常数εr=2 650, 居里温度TC=283 ℃。测试压电陶瓷电致应变性能, 在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%, 显示出其大应变材料的特征。结果表明, Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能, 有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。

该文基于掺钪AlN薄膜制备了高次谐波体声波谐振器(HBAR)，研究了钪(Sc)掺杂浓度对AlN压电薄膜材料特性及器件性能的影响。研究表明，当掺入Sc的摩尔分数从0增加到25%时，压电应力系数e33增加、刚度CD33下降，导致Al1-xScxN压电薄膜的机电耦合系数k2t从5, 6%提升至15, 8%，从而使HBAR器件的有效机电耦合系数(k2eff)提升了3倍。同时，当Sc掺杂摩尔分数达25%时，Al1-xScxN(x为Sc掺杂摩尔分数)压电薄膜的声速下降13%，声学损耗提高，导致HBAR器件的谐振频率和品质因数降低。

利用离子注入剥离法(CIS)制备的铌酸锂(LN)压电薄膜可用于制备体声波(BAW)器件，近年来备受关注。滤波器的指标与谐振器的性能密切相关，但基于LN单晶薄膜的BAW谐振器，对其结构的仿真优化还未有较深入的报道。该文以LN单晶薄膜为核心压电层材料，构建了固态反射型(SMR)单晶薄膜谐振器有限元仿真模型，对其压电层厚度和布喇格反射层厚度进行了设计，并重点针对谐振器上电极的台阶结构进行了二维模型仿真，为高频LN BAW滤波器的制备提供了理论依据。

该文采用有限元法研究了基于ScAlN/6H-SiC结构的声表面波传播特性,并分析了4种激励条件下，压电材料厚度变化对ScAlN/6H-SiC结构中声表面波相速度和机电耦合系数的影响，通过改变电极厚度及金属化率再次对机电耦合系数进行优化。结果表明，IDT/ScAlN/6H-SiC结构的机电耦合系数可达到5.4%，对应的相速度为6.36 km/s，添加短路金属后，机电耦合系数值和相速度均有所提高，Metal/ScAlN/IDT/6H-SiC结构下优化的机电耦合系数和相速度分别为15.78%和7.33 km/s。

异质声层状结构(HAL)声表面波(SAW)谐振器的品质因数(Q)和阻抗比通过优化金属电极厚度得到了进一步提高。该文采用基于格林函数/有限元(FEM)/边界元(BEM)算法的多层结构SAW器件仿真软件建立了20°YX LT/40°Y90°X石英为基底, Cu作为金属电极的单端口HAL SAW谐振器模型。首先计算了位移场分布, 分析了HAL中传播的声波模式。随后计算了LiTaO3(LT)厚度hLT=0.1λ~0.2λ(λ为波长), Cu电极厚度hCu=0.04λ~0.1λ下器件的伯德(Bode)-Q、机电耦合系数K2和阻抗比, 研究了不同LT厚度下谐振器的Bode-Q、K2和阻抗比随电极厚度的变化。结果表明, 当hLT=0.1λ~0.2λ时, 最佳Cu电极厚度均为0.05λ, 理想LT厚度下Bode-Q和阻抗比分别高达3 000和98 dB。

该文研究了Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PMN-PT)基片上声表面波(SAW)的传播特性。利用COMSOL软件建立SAW谐振器三维模型并进行模拟仿真。通过优化谐振器参数, 设计了一种具有超大机电耦合系数(K2)的谐振器结构。结果表明, 当欧拉角为(0°,-70°,0°)时, SH0模态的K2可优化到约85%, 且通带内无寄生响应。