体声波器件的结构原理如图1所示。当在上、下电极处施加交变电信号时，由于逆压电效应，压电层在周期性交变电信号的作用下会产生周期性的机械形变，从而在压电层内激励出沿着厚度方向的声波信号。由于压电层与上下电极接触处的声阻抗不连续，当声波传到压电层与电极的交界面时会发生反射。当压电层的厚度为体声波半波长的奇数倍时，会产生相应波长的驻波振荡。压电层又会在正压电效应的作用下，将声波信号转换为对应频率的电信号输出。

图1 体声波器件的结构原理示意图

体声波器件主要分为薄膜体声波器件、体声波延迟线和晶体振荡器等几种类型。

当压电层为等压电薄膜时，相应的器件称为薄膜体声波器件，此器件常用的电极材料为钼（Mo）和钨（W）等欧姆阻抗较小的金属。根据器件下表面声波能量的限制方式，薄膜体声波器件可以分为3种类型，如图2所示。图2a为背刻蚀型器件，此结构在完成上电极、压电层和下电极的制备之后，通过离子刻蚀工艺去除器件工作区背面的部分硅衬底，形成空气腔。这种结构的优点是制备流程简单、工艺成熟；缺点是对刻蚀硅衬底的深度要求较高，器件的机械强度较差，成品率较低。图2b为表面刻蚀空气隙型器件，此结构在支撑层与衬底之间，通过刻蚀牺牲层来形成空气腔，从而实现声波的全反射。表面刻蚀空气隙型器件的优点是在保证较大值的条件下，实现较高的机械强度；缺点是工艺复杂、制备流程较为烦琐。图2c为固态装配型器件，此类型器件的支撑层是由若干厚度为1/4谐振波长的高/低阻抗的阻抗层交替构成的，称为布拉格（Bragg）反射层。构成布拉格反射层的高/低阻抗交替层数越多，高/低阻抗交替层的声阻抗差距越大，声波的反射效果越好，器件的能量损耗也越小，相应器件的品质因数也就越大。这种器件的优点是不需要刻蚀，具有较高的机械强度和成品率；缺点是布拉格反射层内部的应力会随着高/低阻抗层数的增多而变大，反射层厚度的控制难度较大。由于薄膜体声波器件具有优异的性能，已经被广泛应用于高频信号处理系统。

图2 薄膜体声波器件

体声波延迟线。由阻抗匹配网络、换能器以及传声介质组成，如图3所示。其中，换能器通常是由等压电薄膜及金（Au）电极组成，传声介质一般为钇铝石榴石（YAG）和氧化铝（Al₂O₃）等材料。当输入信号经过阻抗匹配网络后，由输入换能器将电信号转换为声信号，并在传声介质中传播；声信号到达输出换能器后再转换为电信号输出。由于声信号的传播速度远远慢于电信号，所以利用体声波延迟线可以在较短的声传播长度里实现较长时间的延迟。体声波延迟线由于体积小、重量轻、温度稳定性优良而被广泛应用于雷达目标模拟、频率存储和高度表等电子系统中。

图3 体声波延迟线

晶体振荡器是由按照特定方式切割的石英薄片及其两端涂敷的银（Ag）电极组成。当在振荡器两端的电极施加交变电信号时，晶体会产生周期性的机械形变，反过来又会产生周期性的电场，在器件的谐振频率处，振荡的幅度最大。振荡器的谐振频率与晶体的切割方式、几何形状和尺寸有关。晶体振荡器广泛存在于电路的时钟系统中，用于产生特定频率的时钟脉冲。

体声波器件具有体积小、成本低、性能优良和稳定性高等优势，在电子产品的信号处理系统中得到了广泛的应用。