超声波测量技术的核心元件是压电传感器，AlN具有独特的纤锌矿结构、c轴取向、高熔点、高电阻率和良好的热导率等优点，是优良的压电材料。但AlN压电常数较低，需要进一步研究以提升其声波激发与稳定性能。近期，我校曾晓梅青年教师团队通过非对称金属镶嵌靶，系统研究了Zn、Ti、Nb、Sc、Cu、Y、Cr、Ta、Zr等金属元素的掺杂AlN压电薄膜及声波传感器，证实了金属掺杂AlN压电薄膜及其传感器设计研究可行。相关成果以题为“The effect of metal doping on the piezoelectric response of AlN film ultrasonic transducers”的论文发表在国际陶瓷学顶级期刊 Journal of the European Ceramic Society。论文第一单位为williamhill官网，第一作者为我院曾晓梅老师，武汉大学杨兵教授、武汉大学Vasiliy O. Pelenovich副研究员、我院曾晓梅老师为共同通讯作者。
该研究表明，低浓度的Sc、Zn、Ti、Nb金属掺杂有益于增强AlN压电性能，表现出（002）择优生长取向，表面晶粒、断面柱状晶形态优良，而其压电性能、声信号与掺杂原子浓度密切相关。掺杂原子浓度增加到~5at.%时，薄膜的d33常数减小到零，这与薄膜结构质量的下降和薄膜中择优取向的丧失有关。在Zn浓度介于0.2-1.62、Sc浓度介于0.8-3.6at.%范围内时，Zn、Sc金属掺杂AlN薄膜表现出结构、性能稳定性。
团队近年来围绕薄膜压电材料、传感技术开展了系统研究，相关工作发表在Journal of the European Ceramic Society、Journal of Alloys and Compounds、Ceramics International等国际权威期刊。
这项工作得到了国家自然科学基金（12504552）、国家外国专家个人类项目（H20250018、H20240019）等项目的资助。
图 镀膜示意图（左）、掺杂结果（右）
