随着移动通信技术向5G/6G时代的发展，对通信终端中滤波器等重要组成部件的要求也越来越高。其中，压电薄膜作为声波谐振器的核心功能层，如何在结构稳定的基础上提高压电性能，是科学界与企业界共同关注的重要课题。

近期，马新国教授团队针对纤锌矿AlN压电材料，提出通过CaTi共掺杂提高AlN压电性能的策略，突破了传统Sc、Er等稀土金属掺杂的限制，有望在提升性能的同时降低生产成本、促进AlN基谐振器的广泛应用。研究结果表明：CaTi共掺杂后的(CaTi)_0.5Al_0.5N具有更明显的晶格畸变和电荷重分布，使其具有更高的压电系数d₃₃（17.42 pC/N），分别是(ScY)_0.5Al_0.5N（8.70pC/N）的2倍、AlN（4.14pC/N）的4.2倍。研究成果以“Theoretical evidence of the piezoelectric propertyenhancement for ScY- or CaTi-codopedwurtzite AlN”为题发表在Journal of Materials Chemistry C期刊上，第一作者为郭优优。

 

此前，团队程正旺博士和王妹博士在马新国教授的指导下，围绕Sc掺杂AlN薄膜的性能与制备方面展开了研究。理论研究表明：随着Sc掺杂量的增大，Sc_xAl_1-xN的压电系数逐渐增大；但当掺杂浓度超过42%时，Sc_xAl_1-xN的晶体结构转变为无压电性能的立方相。实验上，利用磁控溅射方法，针对高质量6% Sc掺杂AlN薄膜的制备进行了系统的研究与探索，结果表明：Sc均匀掺杂后AlN保持了(002)择优取向，膜厚不均匀性优于1%，残余应力小于100 MPa。相关成果发表在Journal of Crystal Growth、Thin Solid Films等期刊上，为后期射频滤波器的设计制造奠定了基础。

 

本团队持续致力于半导体薄膜制备与射频微器件的研发工作，并在国内外学术领域针对高性能薄膜材料的设计与制备方法开展了系列创新研究，力争为解决芯片领域的“卡脖子”难题贡献力量。

 

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022024822003712

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2024/tc/d3tc04764d

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609023003309

http://www.mater-rep.com/CN/10.11896/cldb.21080275