5G時代使數據傳輸能力得到大幅提升，隨之而來的是對濾波器更高頻率、更大帶寬的需求?；诘X的體聲波濾波器在工作頻率上具有天然優勢，然而受限于其較低的壓電系數及機電耦合系數，已很難滿足5G對帶寬的要求。
為加速射頻壓電材料的研發過程，上海集成電路材料研究院聯合中科院上海微系統所啟動氮化鋁薄膜材料基因組項目，開發壓電材料高通量計算流及高通量實驗平臺，并取得階段性成果。團隊基于自主開發的第一性原理高通量方法計算超過150種摻入氮化鋁的元素組合，結合諧振器高機電耦合以及低聲學損耗的需求篩選出9種摻雜組合，具有滿足高壓電響應、高彈性模量的需求，在5G濾波器中取代鈧參雜氮化鋁的潛力；并自主研發高通量實驗制備，實現8英寸晶圓上多點磁控濺射工藝，在研究中得到摻鈧濃度為20%的氮化鋁薄膜，壓電系數達13.6pC/N。
圖1 高通量壓電材料工作流（左）
圖2 摻雜體系晶胞結構圖（右）
圖3 摻雜元素選擇
圖4 (XY)0.25 Al0.75N的壓電常數 (d33), 壓電應力常數(e33), 彈性常數(C33)計算數據圖（左）
圖5 不同沉積時間下的薄膜表面形貌圖（右）
該項工作大大加快第一性原理計算速度，提高材料篩選效率，為尋找高壓電響應、高彈性模量的氮化鋁摻雜組合提供新方法，推動5G濾波器壓電材料研發。
該研究成果已申請專利，并與相關企業合作推進產業應用。參與項目工作的研究生余希等獲第五屆材料基因工程高層論壇最佳墻報論文獎一等獎。
圖6 最佳墻報論文獎一等獎證書