半导体材料是支撑现代信息社会的基石,也是新型能源开发和利用的重要基础。ZnO作为一种新型半导材料,因具有宽带隙、高激子束缚能,而被广泛应用于太阳能电池、表面声波器件、液晶显示、气敏传感器、压敏器件等。但是,目前性能优异、稳定重复性好的p型ZnO仍未真正实现。其主要原因是:一、ZnO掺杂非对称性使p型难以实现;二、ZnO的晶格不匹配基础上的掺杂。因此,本文致力于从理论上系统地计算和设计p型ZnO。本文采用基于密度泛函(DFT)的第一性原理计算方法,着重研究了掺杂对ZnO体材料及表面缺陷对ZnO导电性影响的机制。1、研究了单掺杂对ZnO对其电学性质的影响。1)对纯净ZnO的电子结构分析得出:上价带主要由Zn-d态贡献,下价带主要由O-s态贡献。而导带部分主要由Zn-s提供。2)对N单掺杂ZnO的电子结构研究发现:费米能级进入价带,在价带顶存在一定的峰值,体系呈现p型特征,但由于空穴的相互作用使得载流子局域性很强,从而降低氮的固溶度,在费米能级附近形成深受主能级,限制了载流子浓度,不利于p型ZnO的形成。3)对Zn1-xMxO(M=Sn,Y)的电子结构研究发现,掺杂体系均呈现n型特征。但是Sn掺杂ZnO体系发生红移现象,Y掺杂ZnO体系发生蓝移现象,而且,在高掺杂条件下,浓度越低,体系的导电率越高。2、研究了共掺杂对p型ZnO的电学性质的影响。1)对于(nN,Mg)共掺杂ZnO,计算了体系的缺陷形成能、离化能、结合能和导电因子以及电子结构。研究发现,4N-Mg共掺杂ZnO,可以得到低离化能和高电导率的p型ZnO。2)对于(N,Ag)共掺杂ZnO,结果表明:随着N浓度增加,p型导电性增强,当N与Ag的浓度达到3:1时,导电性最强。3)对于(nN,B)共掺杂模型,研究发现,当N与B浓度比为1:1时,表现为本征态。但是在该浓度比下,存在一个Zn空位时,体系逐渐由本征态转变为弱p型。当逐渐增加N的浓度时,体系逐渐表现为强p型。4)对于F-Li共掺杂ZnO,研究结果发现:Li浓度增加时,可以提高p型导电率。3、研究了ZnO((10(1|-)0))表面缺陷对其电学性质的影响。1)计算了纯净ZnO((10(1|-)0))表面的表面能、电子结构和功函数。结果表明,ZnO((10(1|-)0))表面的表面能最小,是解理面。从分波态密度图中发现,在表面形成成键的表面态。2)计算了含有空位缺陷的ZnO((10(1|-)0))表面的形成能、表面能和电子结构。结果发现,表面Zn空位和O空位对对晶格畸变影响都较大,空位更易在表面形成。含Zn空位时,表现为弱p型。含O空位时,具有n型的特征。3)采用Nudged Elastic Band(NEB)方法研究了ZnO((10(1|-)0))面中的本征缺陷扩散的问题。研究结果发现: Zn间隙的直接扩散至次近邻的间隙位所需要克服的势垒最小,表明直接扩散是Zn间隙的直接扩散是其最有可能的扩散机制。Zn空位的直接扩散势垒比较高,表明Zn空位在ZnO((10(1|-)0))表面较易稳定存在;O间隙的直接扩散的势垒较高,这说明氧原子在表面的不易扩散,比较稳定;O空位由第一层扩散到第二层的直接扩散势垒很高,这表明ZnO((10(1|-)0))表面的氧空位比较稳定,这是ZnO制备易呈现n型的一个主要原因。