摘 要 鈦酸鍶鋇（BST）是一種重要的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料。順電態(tài)下，其介電損耗較小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。因此對(duì)順電態(tài)下的BST進(jìn)行摻雜改性是近年來(lái)鐵電材料的研究熱點(diǎn)之一。本文簡(jiǎn)要介紹了目前國(guó)內(nèi)外科研工作者利用稀土、堿土氧化物進(jìn)行摻雜時(shí)對(duì)BST的微觀結(jié)構(gòu)、介電損耗、介電常數(shù)以及可調(diào)率方面的影響。

關(guān)鍵詞 凝聚態(tài)物理，鐵電材料，鈦酸鍶鋇，摻雜改性，介電性能

1 引 言

近年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)微波鐵電材料具有較高的可調(diào)諧性，其電性能滿足適中的介電常數(shù)、低介電損耗、高調(diào)諧率等條件。目前，這方面的熱點(diǎn)研究材料之一是鈦酸鍶鋇(Ba_1-xSr_xTiO₃-BST)。鈦酸鍶鋇（BST）材料以其高的介電常數(shù)、低的介電損耗、大的調(diào)諧率、快的反應(yīng)速度、好的抗擊穿能力、簡(jiǎn)單的制造工藝，受到了廣泛的歡迎。其在微波電子領(lǐng)域如相控陣天線或雷達(dá)的移相器[1～2]、新穎微波調(diào)諧器件、延遲線、混合器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器[3～4]、鐵電存儲(chǔ)器上都有重要的應(yīng)用。在微波應(yīng)用中，通過(guò)材料的設(shè)計(jì)[5]，其介電常數(shù)可以被調(diào)節(jié)在100～350范圍內(nèi)，強(qiáng)電場(chǎng)調(diào)諧率可以達(dá)到70%，擊穿電場(chǎng)＞2×10₄V/mm。不僅如此，BST鐵電薄膜材料還有開(kāi)關(guān)速度快、功率容量大、溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)功率低、電容電壓可控等優(yōu)點(diǎn)[6]。目前，與鈦酸鍶鋇基體陶瓷相關(guān)的工作在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展[7]。

美國(guó)在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始研究鐵電材料的微波性能。美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室(US Army Electronics Laboratories)于1964年完成了微波鐵電移相器和開(kāi)關(guān)(microwave ferroelectric phase shifters and switches)的研究報(bào)告[8]，由于當(dāng)時(shí)鐵電材料的微波介質(zhì)損耗大，沒(méi)有研制出可供使用的鐵電移相器。在20世紀(jì)90年代，由于工藝條件的改善和對(duì)鐵電材料認(rèn)識(shí)的深入，人們重新掀起了對(duì)鐵電材料研究的高潮。美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室 (US Army Research Laboratory)系統(tǒng)地研究了摻雜對(duì)BST介電性能的影響，發(fā)現(xiàn)摻入非鐵電氧化物(如ZrO₂、Bi₂O₃等)可有效降低微波介質(zhì)損耗，并能保持較高調(diào)諧率值。美國(guó)國(guó)防預(yù)研局于1998年啟動(dòng)了“頻率敏捷電子材料”(Frequency Agile Materials for Electronics，F(xiàn)AME)計(jì)劃，其目的是開(kāi)發(fā)高性能微波調(diào)諧材料。目前，其計(jì)劃研究出的微波鐵電薄膜材料已經(jīng)得到了應(yīng)用[10]，比如，美國(guó)的Paratek微波公司采用BST鐵電薄膜材料，生產(chǎn)出了電調(diào)諧微波器件(調(diào)諧微波器、雙工器和壓控振蕩器)、動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(DRWIN)天線及衛(wèi)星天線，其中DRWIN天線和衛(wèi)星天線分別應(yīng)用在無(wú)線通信系統(tǒng)和中低地球軌道(LEO/MEO)衛(wèi)星系統(tǒng)中[11]。

另外，微波鐵電材料的研究已經(jīng)引起世界范圍的重視，俄羅斯、德國(guó)、英國(guó)和瑞士等國(guó)也正在積極開(kāi)展這方面的研究工作?？梢灶A(yù)計(jì)，鐵電移相器、鐵電濾波器等微波器件將得到更廣泛的應(yīng)用。

我國(guó)在鐵電材料的改性研究方面起步較晚，目前，中國(guó)科學(xué)院、華東電子工程研究所、華中科技大學(xué)、成都電子科技大學(xué)、天津大學(xué)、東南大學(xué)等單位都對(duì)鐵電移相器展開(kāi)了積極探索，有了一些鈦酸鍶鋇制備、介電性能測(cè)試和介質(zhì)阻抗匹配方面的報(bào)道。比如華中科技大學(xué)嘗試用BST研制微波震蕩器；成都電子科技大學(xué)用La2O3摻雜BST，試圖提高在微波頻率下的調(diào)諧率；哈爾濱工業(yè)大學(xué)嘗試用B₂O₃摻雜BST降低燒結(jié)溫度，提高致密度，并用BST的梯度化控制介電常數(shù)，降低損耗。

由此可見(jiàn)，對(duì)順電態(tài)下的BST可調(diào)諧材料的研究，對(duì)鐵電移相器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM）、雷達(dá)通訊系統(tǒng)等都有著重大意義。

2 鈦酸鍶鋇(BST)鐵電材料的基本結(jié)構(gòu)和介電性能

鈦酸鍶鋇（BST）是鈦酸鋇（BaTiO₃）和鈦酸鍶（SrTiO₃）的固溶體，是一種具有典型的ABO3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)可以看成是由氧八面體在相互垂直的三個(gè)方向上以頂角相互連接的形式形成的空間網(wǎng)絡(luò)。低電價(jià)、大半徑的Ba²⁺、Sr²⁺占據(jù)氧八面體的面心（A位），配位數(shù)為12；高電價(jià)、小半徑的Ti⁴⁺占據(jù)氧八面體的中央（B位），配位數(shù)為6。高溫下，離子熱運(yùn)動(dòng)的能量比較高，B位離子平均來(lái)說(shuō)處在氧八面體的中心，晶體屬于m3m點(diǎn)群，沒(méi)有自發(fā)極化，為非極性的順電態(tài)。隨著溫度下降，平均熱運(yùn)動(dòng)能量減少，B位離子熱運(yùn)動(dòng)減弱，不能夠再維持在氧八面體中心的平衡位置，而是向位于相互垂直的三個(gè)晶軸方向上的六個(gè)氧離子中的某一個(gè)偏移。高電價(jià)的離子偏離中心位置會(huì)形成很強(qiáng)的偶極矩，而相鄰晶胞之間的相互耦合，使得所有晶胞中的B位離子均向同一方向偏移，直到晶胞之間的耦合被缺陷中止。這樣，材料的正負(fù)電荷中心發(fā)生偏移，出現(xiàn)電偶極矩和自發(fā)極化。

本征BST的性能隨著B(niǎo)a/Sr比例的不同而變化[12]，通常隨著鍶含量的增加，居里溫度下降。當(dāng)Ba_1-xSr_xTiO₃中Ba/Sr比例在x=0.5附近時(shí)，BST的居里溫度通常會(huì)在0℃左右，當(dāng)Ba_1-xSr_xTiO₃中Ba/Sr比例在x=0.6附近時(shí)， BST的居里溫度通常會(huì)在零度以下[13～16]。在室溫條件下，BST處于非線性的順電態(tài)，順電態(tài)下的晶體對(duì)介電常數(shù)的貢獻(xiàn)主要是電子位移的影響，但由于不存在自發(fā)極化，因此介電損耗較小。此時(shí)如有外加電場(chǎng)的作用，就會(huì)產(chǎn)生電位移極化，其相對(duì)介電常數(shù)具有隨電場(chǎng)變化的非線性特性，即鐵電材料的非線性效應(yīng)。當(dāng)電壓從V（0）變化到V（app）時(shí)，介電常數(shù)將產(chǎn)生一個(gè)增量Δε_r=ε_r（0）-ε_r（app）， 這個(gè)增量與ε_r（0）比值的百分?jǐn)?shù)稱為可調(diào)性，用[ε_r（0）-ε_r（app）]/ε_r（0）×100%表示[17]。而施加一特殊的微波時(shí)將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的差相移，且微波相移隨BST鐵電材料的介電常數(shù)的變化而變化。高溫下，整個(gè)結(jié)構(gòu)中的離子熱運(yùn)動(dòng)比較高，B位離子仍然在氧八面體的中央高速振動(dòng)，沒(méi)有偏離。溫度下降時(shí)，晶格振動(dòng)變?nèi)?，B位離子會(huì)存在某種程度上的偏離中心位置，這時(shí)使得電中心發(fā)生偏移，出現(xiàn)電偶極矩，產(chǎn)生自發(fā)極化。這種極化的產(chǎn)生，造成了電疇的產(chǎn)生和極化方向的偏轉(zhuǎn)，使損耗上升。

盡管順電態(tài)下的BST介電損耗較低，但是在靠近居里溫度附近，其介電常數(shù)很大，對(duì)器件化整體阻抗匹配十分不利；微波頻率下，可調(diào)度下降，不利于實(shí)際應(yīng)用中濾波范圍的寬化。因此通過(guò)摻雜控制BST的介電常數(shù)，保持（或提高）調(diào)諧率的基礎(chǔ)上，降低材料的介電損耗是一條很好的探索路線。下文總結(jié)了部分國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)BST摻雜的情況，討論了不同種類的氧化物摻雜對(duì)BST性能的影響，提出了復(fù)合摻雜的可行性。

3對(duì)A位離子的置換摻雜

本征BST固溶體，A位離子為Ba²⁺、Sr²⁺，Ba離子半徑為160pm，Sr離子半徑為144pm[18]。根據(jù)能量最低化原理，離子半徑相近的離子容易相互置換。但是，實(shí)際實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，離子的置換并不是絕對(duì)的，并且摻雜技術(shù)里對(duì)于BST中A、B位離子的取代問(wèn)題，歷來(lái)就有不同的看法。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外科研工作者已有的研究成果及實(shí)驗(yàn)結(jié)論，總結(jié)了幾種對(duì)A位進(jìn)行置換摻雜的離子類型。

3.1 MgO的置換改性

Ba_0.6Sr_0.4TiO₃在常溫下處于順電態(tài)，由于Ba 的成份比較多，因此其介電常數(shù)較大。MgO具有低介電常數(shù)、低損耗的特點(diǎn)，從理論上講，MgO的摻雜會(huì)降低Ba_0.6Sr_0.4TiO₃的介電常數(shù)和損耗。Sengupta、WU等對(duì)BST的摻雜進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，其中在摻雜金屬氧化物方面以MgO為代表。在結(jié)構(gòu)方面，我們知道BST是典型的ABO₃鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，Mg²⁺離子半徑為72pm，比A位Ba²⁺(160pm)、Sr²⁺(144pm)都要小，但是比B位的Ti⁴⁺(61pm)略大。根據(jù)相近離子半徑更容易取代的規(guī)律，Mg²⁺應(yīng)該取代B位的Ti⁴⁺。但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，華中科技大學(xué)呂文中等人[19]通過(guò)用XRD來(lái)分析摻雜MgO的BST時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著MgO摻入量的增加，BST的晶粒尺寸逐漸減小，且BST（110）晶面衍射峰有微量移動(dòng)，MgO（200）衍射峰逐漸增強(qiáng)。由XRD圖看出，系統(tǒng)中Mg²⁺以MgO單獨(dú)相存在，且隨著MgO量的增加其衍射峰強(qiáng)度增大。摻雜后的BST主衍射峰相比未摻雜時(shí)的強(qiáng)度有所減弱，表明BST的原子間距d發(fā)生了改變。正如上假設(shè)，如果Mg²⁺取代B位的Ti⁴⁺，那么勢(shì)必會(huì)使得BST結(jié)構(gòu)中的原子間距增大，所以Mg²⁺應(yīng)該取代了A位離子，只是取代量較少。Sengupta等人對(duì)MgO摻雜帶來(lái)的介電性能的變化(主要是對(duì)BST介電常數(shù)、介質(zhì)損耗以及可調(diào)率)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，實(shí)驗(yàn)表明，在BST中摻雜MgO，樣品的介電常數(shù)大幅度下降，介電損耗在摻入量較少的時(shí)候急劇下降，之后變化不大。這可能是因?yàn)樯倭康腗gO能夠進(jìn)入晶格，使得樣品發(fā)生晶格畸變，BST的居里溫度向負(fù)方向移動(dòng)，發(fā)生相變。在可調(diào)性方面，隨著MgO的增多，Mg²⁺析出，以非鐵電體的單獨(dú)相(MgO)存在，材料體系中的非線性減弱，可調(diào)率降低。由此可以看出，添加MgO有細(xì)化BST陶瓷晶粒的作用，且隨MgO摻入量的增加，材料的體密度下降明顯，晶胞參數(shù)有所下降，其BST鐵電陶瓷材料的介電常數(shù)大幅度下降，介電損耗基本不變，而系統(tǒng)可調(diào)性下降。MgO在BST-MgO體系中主要以單獨(dú)相存在。

3.2 La2O3的改性作用

La是一種輕稀土元素，配位數(shù)是6和12的La離子半徑為105pm和135pm，與Ba、Sr離子半徑接近，而遠(yuǎn)大于Ti離子半徑，由于ABO₃結(jié)構(gòu)中A位配位數(shù)為12，B位為6，且La與Ba、Sr電負(fù)性也相近（分別為1.1、0.9、1.0），因此La占據(jù)A位的可能性比B位大，摻雜過(guò)程中，將置換A位的Ba²⁺、Sr²⁺離子。由勒正國(guó)等人[20]的研究工作可知，La³⁺有較強(qiáng)的移動(dòng)、展寬居里峰的作用，少量的摻入(<1wt%)能使得BaTiO₃的居里溫度向負(fù)溫方向移動(dòng)。對(duì)于具有相同鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BST系統(tǒng)，La³⁺也應(yīng)該有同樣的作用。Herner等[21]對(duì)BST的稀土氧化物的摻雜進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，La³⁺的摻入移動(dòng)并寬化了BST居里峰，從而導(dǎo)致了介電常數(shù)和介質(zhì)損耗的降低。同時(shí)，由于介電常數(shù)可調(diào)率跟居里溫度的高低、介電常數(shù)的大小有關(guān)，隨著La₂O₃的摻入，居里溫度降低，介電常數(shù)也隨之降低，從而導(dǎo)致了復(fù)合體可調(diào)率的降低。根據(jù)報(bào)道，La³⁺取代A位的二價(jià)陽(yáng)離子，屬于施主摻雜。La₂O₃摻雜到Ba0.6Sr0.4TiO₃中，在高溫情況下會(huì)引起B(yǎng)ST系統(tǒng)析晶行為時(shí)的組分波動(dòng)，定性來(lái)說(shuō)，La₂O₃的摻雜擾亂了BST系統(tǒng)的高溫析晶行為。實(shí)驗(yàn)證明，La₂O₃摻雜主要會(huì)導(dǎo)致復(fù)合體介電常數(shù)的急劇下降，從而導(dǎo)致可調(diào)率的急劇下降。摻雜過(guò)量的La₂O₃，會(huì)使BST復(fù)合體的可調(diào)率降得很低，不利于實(shí)際應(yīng)用。因此適量的La₂O₃摻雜能保證適中的介電常數(shù)和可調(diào)率，也能有效地降低BST系統(tǒng)的高頻損耗。楊春霞等人[22]在對(duì)BST-MgO體系進(jìn)行La₂O₃摻雜改性時(shí)發(fā)現(xiàn)，La₂O₃的摻雜使晶粒變小，起到了晶粒生長(zhǎng)阻滯劑的作用。華中科技大學(xué)呂文中等人[23]在對(duì)BST-MgO體系進(jìn)行同樣La₂O₃摻雜改性時(shí)發(fā)現(xiàn)，摻入微量的La₂O₃，La³⁺進(jìn)入A位，產(chǎn)生鋇空位補(bǔ)償，隨La₂O₃摻入量的增加，BST-MgO材料的晶面間距先變大后變小，體系高頻損耗降低，介電常數(shù)適中，當(dāng)La₂O₃摻雜量為0.2%時(shí)體系的可調(diào)率可以達(dá)到14.3%（29.7 kV/cm）。

在A位離子摻雜種類上，除了堿土金屬氧化物MgO、稀土金屬氧化物L(fēng)a₂O₃以外，還可通過(guò)摻雜稀土氧化物Dy₂O₃來(lái)降低介質(zhì)損耗[24]。另外，L.H.Chiu等人通過(guò)摻雜CeO₂來(lái)降低材料的介質(zhì)損耗，以達(dá)到弱化材料對(duì)波的吸收和色散作用[25]。由以上研究我們可以看出，稀土摻雜可以使材料的溫度穩(wěn)定性提高，降低材料的介電損耗，提高材料的調(diào)諧性，降低了材料的高頻損耗，使系統(tǒng)的居里溫度向負(fù)溫方向移動(dòng)，從而使體系在室溫下處于順電態(tài)。

4對(duì)B位離子的置換摻雜

Al₂O₃的摻雜對(duì)樣品的燒結(jié)密度也有影響，具體表現(xiàn)在：隨著Al₂O₃含量的增加，樣品的體密度下降。在材料的燒結(jié)過(guò)程中，傳質(zhì)方式主要是表面擴(kuò)散和氣相傳質(zhì)，由于燒結(jié)溫度比材料熔點(diǎn)低得多，同時(shí)無(wú)機(jī)氧化物的蒸汽壓較低，所以表面擴(kuò)散是更為主要的傳質(zhì)方式。在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，氧八面體結(jié)構(gòu)緊湊，Al³⁺離子進(jìn)入間隙位的可能性比較小。由于Al³⁺離子的半徑為50pm，比體系中所有的陽(yáng)離子半徑都小，而與Ti⁴⁺離子（61pm)的半徑最為接近，根據(jù)電中性原理和半徑關(guān)系，外加離子進(jìn)入并取代后，對(duì)系統(tǒng)造成最小的能量起伏和結(jié)構(gòu)變化的取代方式發(fā)生的可能性最大，所以在燒結(jié)過(guò)程中應(yīng)該發(fā)生B位的取代反應(yīng)。由于Al₂O₃能夠提高材料的表面擴(kuò)散系數(shù)，增大表面擴(kuò)散速率，使被燒結(jié)物質(zhì)松散地堆積在一起，抑制材料的致密化。同時(shí)受主摻雜產(chǎn)生的缺陷將增強(qiáng)基體中的氧空位的濃度，從而使空位或質(zhì)點(diǎn)流的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，成為晶粒生長(zhǎng)的促進(jìn)劑[26]。添加0.4wt% Al₂O₃的樣品的晶粒長(zhǎng)大，晶粒排列緊密，無(wú)明顯分相，也無(wú)成份的偏析；隨著Al₂O₃量繼續(xù)增加后，晶粒結(jié)晶仍然完好，晶粒尺寸有所減小，所有樣品均為立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，從XRD的圖譜中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)第二相的衍射峰，說(shuō)明Al³⁺離子進(jìn)入到鈦酸鍶鋇的晶格內(nèi)部，形成了固溶體[27]。隨著Al³⁺離子的摻入，樣品的介電常數(shù)減小，居里溫度都在零度附近，隨著摻雜濃度的增加而有所下降。在鐵電區(qū)域，介電常數(shù)減小比較微弱，在順電區(qū)域，介電常數(shù)減小比較明顯，可能是摻雜的Al³⁺離子在體系中起到了作用，在摻雜之后產(chǎn)生的氧空位使晶格的振動(dòng)發(fā)生“中斷”，使居里溫度降低[28]，介溫譜左移。同時(shí)，由于Al³⁺離子的加入，異于純體系的第二彌散相進(jìn)入體系，“沖淡”了系統(tǒng)原有的介電性能；同時(shí)造成系統(tǒng)成份上的微區(qū)分布的不均勻，每一個(gè)亞微區(qū)的介電常數(shù)不同，由于Al³⁺離子不容易極化，造成在富鋁的亞微區(qū)介電常數(shù)較小，其他微區(qū)的介電常數(shù)較大，從而使樣品宏觀的介電常數(shù)變小，介電溫譜壓低并寬化。樣品摻鋁以后，介電損耗明顯得到改善，摻雜量為0.8wt%的樣品損耗最小。室溫下，由于純鈦酸鍶鋇（Ba_0.6Sr_0.4TiO₃）處在順電相，所以沒(méi)有明顯的馳豫行為和電疇轉(zhuǎn)向。此時(shí)Al³⁺離子作為受主進(jìn)入系統(tǒng)取代Ti⁴⁺離子的B位，同時(shí)產(chǎn)生氧空位，這些氧空位產(chǎn)生的剩余電子活躍于Ti⁴⁺離子和Ti³⁺離子之間，形成損耗[29]。但是作為受主Al³⁺離子可以中和施主電子，阻止Ti⁴⁺離子還原成Ti³⁺離子，從而降低了損耗。當(dāng)施主與受主的量正好形成補(bǔ)償時(shí)，樣品的損耗也就最小。當(dāng)添加量繼續(xù)增加時(shí)，系統(tǒng)中的缺陷會(huì)增多，大量的氧空位缺陷在交流電場(chǎng)下極化，會(huì)產(chǎn)生附加損耗，于是系統(tǒng)的表觀損耗又上升。

摻雜0.4wt%Al₂O₃樣品的調(diào)諧率為最大，從晶格動(dòng)力學(xué)方面考慮，半徑小的Al³⁺離子取代半徑較大的Ti⁴⁺離子，使得晶胞體積變小，使得晶體結(jié)構(gòu)更加緊湊，占據(jù)氧八面體中心離子之間的間距縮小，使得系統(tǒng)的非調(diào)諧量變大。如果從Devonshire的唯象理論考慮[30]，晶粒之間的應(yīng)力影響到介質(zhì)的介電性能，晶粒越大，晶粒之間的相對(duì)作用就相對(duì)越小。摻雜0.4wt%Al₂O₃時(shí)樣品的晶粒尺寸最大[31]，其內(nèi)部應(yīng)力最小，外加直流偏置電場(chǎng)的有效性最大，調(diào)諧量也就最大。梁曉峰等人[32]在進(jìn)行順電態(tài)下?lián)戒X鈦酸鍶鋇陶瓷微結(jié)構(gòu)和介電調(diào)諧性能試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，摻入適量的Al₂O₃可以使介電常數(shù)和介電損耗降低，調(diào)諧量增大，系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)提高。

在B位離子摻雜種類上，除了金屬氧化物Al₂O₃以外，還有邵美成等人通過(guò)摻雜SnO₂來(lái)降低低頻和微波損耗，但過(guò)多的加入會(huì)產(chǎn)生第二相，會(huì)使微波損耗上升[33～34]；也有通過(guò)摻雜MnCO₃來(lái)取代B位的Ti⁴⁺離子進(jìn)行受主取代和等價(jià)取代兩種。受主取代會(huì)產(chǎn)生空穴等缺陷，不利于微波損耗的降低，而等價(jià)取代類似SnO₂的情況，有助于降低微波損耗，但過(guò)多的加入也會(huì)產(chǎn)生第二相的問(wèn)題[35]。程華容等人通過(guò)摻雜B₂O₃，降低了燒結(jié)溫度、提高了致密化程度和介電性能、展寬了居里峰、降低了介溫系數(shù)從而提高了穩(wěn)定性[36]。由以上研究可以看出，上述材料的摻雜會(huì)對(duì)鈦酸鍶鋇陶瓷材料燒結(jié)溫度、微波損耗的降低、致密化的提高、低頻損耗的降低有著直接的影響。

由以上研究工作我們可以得到下面的規(guī)律：稀土摻雜可以大幅降低樣品的介溫變化，使樣品在較高頻段下的介電常數(shù)增加并且有利于復(fù)相的形成；在低頻下（1MHz），中稀土摻雜的樣品介電常數(shù)小于輕稀土摻雜的樣品介電常數(shù)；重稀土摻雜的樣品介溫變化率大于輕稀土摻雜的介溫變化率；摻雜后的樣品在高頻下的極化主要受離子極化的影響。

5復(fù)合摻雜方案的設(shè)想

通過(guò)系統(tǒng)研究各種稀土金屬氧化物和堿土金屬氧化物對(duì)鈦酸鍶鋇的各種成份的摻雜情況以及摻雜后所得出的對(duì)材料介電性能（介電常數(shù)、介電損耗、調(diào)諧性）和微觀形貌的影響，我們可以設(shè)想出復(fù)合摻雜對(duì)鈦酸鍶鋇的改性實(shí)驗(yàn)方案。我們希望將設(shè)想摻雜的兩種金屬氧化物分別從A、B位對(duì)鈦酸鍶鋇的介電性能進(jìn)行改性，達(dá)到降低鈦酸鍶鋇基體的介電常數(shù)和介電損耗，增大其基體調(diào)諧量的目標(biāo)。

為了達(dá)到目標(biāo)，在今后的實(shí)驗(yàn)研究中必須從以下三個(gè)方面進(jìn)行努力：（1）從大量的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)規(guī)律，確定配方的組成；（2）從微觀的角度利用現(xiàn)有的現(xiàn)代化測(cè)試手段如X射線衍射、透射電鏡、掃描電鏡、核磁共振等測(cè)試手段來(lái)研究晶界、晶相、相組成以及各種缺陷對(duì)材料介電性能的影響，從而指導(dǎo)材料配比的精確、優(yōu)化工作；（3）進(jìn)一步從實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證以上復(fù)合摻雜設(shè)想的可行性，從機(jī)理上進(jìn)一步解決材料介電常數(shù)的電場(chǎng)可調(diào)性和介電損耗的根源。

參考文獻(xiàn)（略）

Doping Modification of Barium and Strontium Titanate Ferroelectric Material

Qian JingjingCheng PengChen Li

(School of SciencesWuhan University of TechnologyWuhanHubei430070)

Abstract: Barium and strontium titanate (BST) with low dielectric dissipation factors and stability of structure in paraelectric state is an important kind of ferroelectric material with the perovskite structure. Investigations on the doping modification of BST in paraelectric state have been becoming one of the interesting research areas in the past few years.In this paper，the current research progress about the effects of doping with rare earth oxides and alkaline earth oxides on the microstructure，dielectric dissipation，dielectric constant and tunability of BST were briefly introduced.

Keywords： condensed matter physics， ferroelectric materials， barium and strontium titanate，doping modification，dielectric performance