基于相干布居囚禁效应的原子钟可大幅减小体积,是芯片级原子钟（CSAC）的首要方案。采用射频本地振荡器（RFLO）代替基于锁相环的振荡电路有望大幅降低功耗,因此振荡电路的核心器件——高Q值谐振器成为研究的重点之一。薄膜体声波谐振器（BAWR）是高Q值谐振器的重要技术方案,基于氮化铝（AlN）的BAWR是一种CMOS兼容器件,受到了广泛关注。本文以Rb87 CSAC应用为切入点,研究CSAC用BAWR设计、制备、表征和频率温度调谐技术,具体工作如下:1.RF LO性能与BAWR参数关系。采用MBVD模型等效BAWR,结合单端口考毕兹谐振电路,设计Rb87CSAC用3.4GHz LO,研究BAWR的Qs、Qp、Rs和有效机电耦合系数（kt2）等参数对LO相噪等关键参数的影响,明确BAWR的研究目标。结果显示:提高Qs和减小Rs可有效降低相噪,提高输出功率;提高kt2会小幅增加相噪,但可大幅减少起振时间,提高输出功率;Qp对相噪影响很小。2.BAWR设计与优化。采用Mason模型和有限元仿真设计器件,研究AlN和Mo的厚度比例、阻尼和器件的面积等参数对器件的影响,获得初步设计方案。结果显示:增加AlN的厚度比例,可提高kt2,但会降低Qs,增加Rs;降低AlN的机械/介电阻尼均可提高Qs;增加面积可降低S1兰姆波强度,提高Qs。计算器件的色散曲线,讨论通过框架和变迹抑制兰姆波的方案。提出微变迹法兰姆波抑制技术,仿真验证并讨论适用于Rb87 CSAC的参数。3.BAWR制备与表征。采用溅射法制备AlN和AlScN薄膜,研究通过插入层和缓冲层获得高性能薄膜的工艺。1 μm的AlN、Al0.904Sc0.096N和Al0.8Sc0.2N的（002）XRD摇摆曲线的半峰高宽均可优于1.5°,应力范围可控制在±50MPa,均值可达-6 MPa。采用压电力显微镜表征压电系数,结合有限元仿真给出d33的校正系数。采用MEMS工艺制备结构为30 nm AlN Seed/220 nm Mo/550 nm AlN/175 nm Mo/100nm AlN的BAWR器件,用网络分析仪表征S参数,计算阻抗和Q值。结果显示:器件的fs为3.458 GHz,fp为3.565 GHz,Rs为0.239Ω,Qs可达980,有效机电耦合系数7.4%,与设计吻合。仿真显示基于该器件的RF LO的相噪为-110 dBc/Hz@10 kHz,满足应用需求。4.BAWR温度特性调控。在器件中插入掺磷氧化硅（PSG）,研究P比例对PSG弹性模量温度系数（TCE）的影响。结果显示当P的原子比在1.4%左右时,PSG的TCE可达200×10-6/℃。在BAWR中插入纳米级厚度的薄膜,探索器件的频率温度调谐技术。在器件中插入纳米级厚度的Ti薄膜,研究器件温度特性与插入层厚度的关系。当Ti厚度为20 nm左右时,器件的频率温度灵敏度可达-825 kHz/℃,Ti的TCE约为多晶Ti的10倍,现象可用弹性模量的厚度尺寸效应解释。利用该现象设计了含有Ti插入层的CSAC用温度调谐BAWR,基于Mason模型的计算结果显示在40℃温差下,器件以3.417 GHz为中心频率,调谐能力达±20 MHz,可以满足Rb87 CSAC RF LO工作需求。