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随着移动通信系统的快速发展,声表面波（SAW）器件作为核心元件已广泛应用于移动通讯设备中。为使当前的智能终端设备能够工作在不同国家,需要支持超过40多个频段的移动通信标准（UMTS、HSPA、LTE等）,并能够支持固定无线局域网802.11x以及定位和导航标准。随着载波聚合和多输入多输出等技术方案的普及,将来有可能在一部智能手机中包含近100只微声滤波器（双工器）。巨大的需求使得SAW滤波器厂商之间以及SAW与薄膜体声波滤波器厂商之间的竞争愈演愈烈,很多公司的SAW滤波器性能指标都是以每季度降低0.05dB插入损耗、增加0.1dB带外抑制而不断提升的。为满足不同频段、不同带宽组合的低损耗SAW滤波器设计的需求,为实现SAW谐振器横向寄生模式的快速高精度模拟分析,进而降低SAW滤波器损耗的目的。本论文将从以下三个方面着手:（1）面向不同频段、不同带宽组合滤波器的设计,迫切需要研究SAW波速、机电耦合系数任意可调的基底材料,尤其是能替代42oYX-LiTaO3的高机电耦合系数、高声速的基底材料。本文利用射频磁控溅射法和钪铝合金靶,通过寻找合理的工艺参数,在单晶硅（100）衬底上制备出应用于SAW谐振器的高品质钪（Sc）掺杂氮化铝（AlN）薄膜。对薄膜的分析结果显示,溅射的ScAlN薄膜具有较高的钪掺杂浓度,良好的c轴取向性以及较平整的表面,满足层状结构SAW器件设计的需要。研制过程中,发现了溅射的Sc含量要比合金靶材中的Sc含量低的原因:经过调整工艺参数发现,氩氮比对ScAlN薄膜中的Sc掺杂含量有较大的影响。由于ScAlN薄膜缺乏公认可靠的材料参数,通过制备多种Sc掺杂浓度的AlN薄膜,并对比声波器件特性仿真数据与实测结果,在世界上率先验证了Caro团队通过第一性原理计算得到的随Sc掺杂浓度而变的AlN薄膜弹性、压电和介电材料参数的有效性。（2）传统的有限元结合边界元精确模型已不再适用于层状结构上复杂结构的SAW器件性能分析,结合当前国际上的研究趋势,本文建立了基于商用有限元软件COMSOL的准三维周期结构SAW传播特性精确快速仿真的模型,提出能量深度概念用于SAW模态筛选,极大地提高了模态选取的效率。我们提出通过合理修饰声场和电场的分布来提高层状结构上SAW谐振器有效机电耦合系数的方法。通过电极和介电薄膜的质量加载效应,在掺钪氮化铝薄膜/硅基底上发现了低传播损耗、高波速和高机电耦合系数的二阶SAW模式。此外,本文改进了传统的一维耦合模模型,引入了层状结构中由于界面层反射引起的表面波和体波的耦合,并使用COMSOL的偏微分方程模块实现该改进的耦合模模型,实验验证了模型的有效性。（3）SAW谐振器设计过程中,横向方向的传播分析尤为重要,横向波导的设计不当常会造成横向寄生模、能量泄露和模式转化等问题,精确快速的横向分析却是目前SAW理论发展最薄弱的环节。因此,本文首次提出一种用于分析SAW横向传递特性的新型简化模型。该模型基于压电方程,利用仅有垂直剪切波与电势耦合来描述Rayleigh波在传播方向和横向的模式耦合,其在SAW传播方向等价于耦合模模型,在横向等价于标量势能理论,这为未来将其拓展到多模式耦合情况下SAW横向传递特性的分析奠定了基础。类似于耦合模（COM）模型可以通过谐波导纳曲线以及色散曲线提取所需的耦合模参数类似,借助商业化有限元软件COMSOL仿真周期连续的准三维模型获得的声波色散曲线,基于一维简化模型与COM模型在传播方向的等价关系提取了模型参数。为分析SAW在有限厚度的周期金属栅阵下的斜向传递特性,需要考虑由于栅阵的电学和质量加载特性所带来的各向异性因子的频率色散特性,因此,本文使用了纵向谐振条件提取周期金属栅阵下SAW模式的各向异性因子。最后,我们将使用商用有限元软件COMSOL的偏微分方程模块实现该模型,分析在128oYX-LiNbO3结构以及ScAlN薄膜/硅基板结构上的SAW横向传递特性,并使用三维模型仿真结果的说明该模型的有效性。