在物联网（Internetof Things,IoT）迅猛发展和5G通信加速布局之际,智慧工业、智慧物流、智慧医疗、城市大脑、消费电子等领域迎来重要发展机遇。为了搭建物理世界与云端服务器之间的连接桥梁,无线传感技术的重要性不言而喻。正因如此,无线传感器的市场需求正在加速增长。特别地,在可穿戴电子和工业监控等领域,无线无源传感器更受青睐。声表面波（SAW）传感器是代表性的无线无源传感技术之一,它具有尺寸小、成本低、工艺简单、鲁棒性好等诸多优点。近些年,声表面波传感器正朝着柔性化发展,并在柔性可穿戴电子、可植入电子、医疗电子等领域展现了良好的应用前景。本工作围绕柔性单晶声表面波器件及其传感应用展开系统性研究,应用环境覆盖常温、低温（低至-196℃）和高温（高达1000℃）恶劣环境。主要研究了两类器件:基于铌酸锂单晶薄膜（Thin Film Lithium Niobate,TF-LN）的柔性多模SAW温度/应变传感器,以及柔性多模LGS SAW温度/应变传感器,其中后者主要面向（极）低温和高温恶劣环境。本工作的主要研究内容及成果如下:（1）为柔性LiNbO3或LGS SAW器件的仿真及声学参数计算,确定了合适的方法:迭代法和三维有限元法对各种切向的LiNbO3或LGS SAW器件均具备非常高的模拟精度。二维有限元法能够以较好的精度仿真LiNb03 SAW器件,但是对LGS SAW器件的仿真误差非常显著。原因是LGS SAW中存在不可忽略的水平剪切位移分量,即存在向体内传播的漏波。（2）为制备高频、高性能的柔性单晶声表面波器件提供了成功的工艺方案:基于步进投影式光刻和AZ 5124 E反转烘烤工艺,成功制备了高性能的～433 MHz的Pt/LGS SAW器件。基于AZ 5124 E正胶工艺和离子束刻蚀,成功制备了Al2O3/Pt/Al2O3/Pt/Al2O3高频复合电极 LGS SAW 器件。研究了 50 μm LiNbO3单晶压电薄膜柔性SAW器件的减薄工艺。提出一种基于热滑移临时键合胶的100 μm柔性LGS SAW器件研磨减薄工艺。（3）针对高温LGS SAW应变/温度传感器封装与测试系统设计中的难点,展开了系统性的研究并提供了可行的方案:探讨了应变粘合剂选型中须重点关注的参数。提出一种使用Al2O3过渡层来提高LGS与粘合剂结合性的方法。设计了基于银/铂浆引线键合和全陶瓷平台的SAW高温传感器测试封装。搭建了基于高温参考应变片和微分头的高温SAW应变测试系统。（4）针对柔性多晶ZnO或AlN薄膜SAW器件存在压电性能较差等缺点,提出基于铌酸锂单晶薄膜（TF-LN）的柔性SAW器件,并开展了温度/应变传感应用研究:TF-LN SAW器件具有瑞利波和厚度剪切波两种声学模式,且在±3 500με内均具备线性的频率应变响应。如此宽的应变量程是传统硬性基底SAW传感器的至少5倍,并略大于现有的柔性ZnO薄膜SAW传感器,表现了其出色的柔性。TF-LN SAW应变传感器还具有低于1.5%的迟滞、约2.8με的应变检测限、以及良好的疲劳表现。相比于厚度剪切模式,瑞利模式具备更高的应变灵敏度（达-193 Hz/με）,以及略高的频率温度系数。通过双声学模式的差分,可以实现温度和应变的解耦或温度自校准。（5）针对现有的高温SAW传感器缺乏柔性与大应变传感能力等不足,提出面向恶劣环境（-196～1000℃）的柔性多模LGS SAW温度/应变传感器:对不同切向柔性Pt/LGS SAW器件的声学模式进行了详细分析,结果显示主要存在瑞利模式和水平剪切漏波模式。系统性地研究了不同声学模式的高低温传感特性,其中（0°,138.5°,27°）和（0°,138.5°,117°）切向的Peak3具有更高的温度灵敏度,且在正温区具有单调的频率温度特性,特别是后者在极低温度（比如液氮温度-196℃）至极高温度（比如1000℃）范围内,均具有单调的频率温度响应;基于（0°,138.5°,72°）切向,首次提出一种宽量程（-60～700℃）、高灵敏度（-167 ppm/℃）的线性LGS SAW温度传感器。研究了 Al2O3钝化层对LGS SAW器件频率、Q值、温度系数、耐温性的影响。复合电极LGS SAW器件至少能够在1000℃下保持压电性能。应变灵敏度最高的是（0°,138.5°,117°）切向的瑞利模式。还测试了 LGS SAW器件在不同温度下的应变灵敏度,并首次在650℃下实现了至少2100με的量程、以及-1065 Hz/με的灵敏度。最后,提供了一种提高LGS SAW器件Q值的方案。