体声波器件薄膜体声波谐振器(FBAR)具有体积小、损耗低、可集成等特性,以其为基本单元制备的FBAR滤波器在高于2.5 GHz的频段应用上,具有低插损、高Q值、高功率容量等特点,是当前移动通信领域滤波器拓展高频应用的最优解决方案。目前FBAR技术和国际市场被少数几家美日寡头企业所垄断,各自的产品线基本围绕三种主流结构铺开,背面刻蚀型、空腔型和固态装配型。其中空腔型FBAR具有最高的加工难度和最突出的性能,但对设备条件和半导体加工水平的要求较高。国内在FBAR技术方面的研究相较国际水平仍存在不小的差距,实现自主化设计和生产还有很长的路要走。因此,本论文对空腔型FBAR器件的仿真模拟、材料生长、结构设计和器件制备展开了深入的研究。使用电子设计软件和有限元模拟软件对FBAR进行仿真,分析谐振器和滤波器的性能特点。对FBAR中的关键材料Al N压电薄膜的制备进行了分析研究。设计了空腔型FBAR器件结构和加工版图,制备获得了完整的空腔型FBAR芯片并进行片上测试。主要创新点和取得的研究成果概括如下:首先,在ADS软件中运用MBVD等效模型,研究了不同集总元件、不同接入方式对FBAR谐振特性的影响变化规律,总结了FBAR的调谐性能;再运用Mason等效模型对滤波器结构进行研究,结合对调谐性能的分析结果,设计了满足使用要求的7阶梯形FBAR滤波器,并优化了各膜层的结构参数;在COMSOL软件中进一步研究了,空腔型FBAR谐振过程中工作区域内部的电势和应力应变场分布,计算获得了更接近实际工作状态的谐振曲线。其次,研究FBAR的核心材料Al N压电薄膜,在射频反应磁控溅射的生长过程中,研究Ar气流量对薄膜晶体质量和应力状态的影响以及导致的FBAR性能变化,在金属靶材处于中毒状态的前提下,通过Ar气流量改变沉积粒子在基片上的表面迁移能,从而影响薄膜取向和应力状态,揭示了Ar气流量在Al N薄膜沉积过程中的作用机理,归纳了对应力状态的控制规律;结合离子束修膜对片内厚度均匀性和表面粗糙度的进行改善,最终制备了低残余应力,高均匀性、低表面粗糙度的Al N压电薄膜,提升了压电薄膜可加工性,和FBAR芯片的频率准确性与工作稳定性。基于高性能的Al N薄膜设计了空腔型FBAR结构和加工方法,并对进行了空腔型FBAR器件制备,在实际过程中设计优化了FBAR的空腔结构,用干法结合溅射的方法代替湿法腐蚀得到了平整的空腔表面,并对优化光刻工艺提升了曝光图形的精度。采用MEMS制备方法获得了基于低应力Al N压电薄膜的空腔型FBAR谐振器和滤波器。最后,在实验室搭建的测试平台上,通过探针台和矢量网络分析仪,测量了FBAR芯片的传输特性,分析了材料性能对FBAR器件性能的影响,得到了明显频率响应曲线,为制备空腔型FBAR器件提供一种新思路。