摩尔定律推动下的集成电路行业步入了16nm制程时代,Si-MOSFET器件的源漏、沟道在使用应变Si、Ge等材料时性能已经不能满足目前对器件性能和功耗的要求。GeSn合金材料具有Sn组分可调性,且当其用作MOSFET器件沟道材料时表现出的高迁移率特性使之成为新的研究热点。实验表明,常见的Ge材料是间接带隙半导体,但当对其进行Sn掺杂后,且组分比例达到10%左右时,Ge Sn合金材料的能带结构性质将发生从间接带隙到直接带隙的转变。这种性质又为其在光电集成电路中作为发光器件的原材料提供了广阔的应用前景。本文主要是采用基于第一性原理的方法对GeSn合金不同Sn组分下的晶胞结构优化、能带结构、禁带宽度、总态密度、投影态密度、有效质量、迁移率、弹性常数和杨氏模量进行了数值计算研究,达到了预期的研究目的。在进行数值计算之前,本文根据能量最低原理对Ge Sn合金的晶胞结构进行深入优化,在此已优化模型上进行后续计算研究将与实验值有很好的符合。本文通过密度泛函理论在对能带结构的计算中得出结论,随着Sn组分的增加,Ge1-xSnx合金的禁带宽度将呈现总体下降的趋势,在Sn组分为5%时下,禁带宽度会出现一个极值。在对GeSn合金带隙性质转变的研究中得到结论,在Sn组分达到10%左右比例时,其带隙将会发生从间接带隙到直接带隙的转变,这与文献中的研究结果相同,也充分肯定了GeSn合金在光电集成电路中的应用价值。态密度和投影态密度的对于材料性质也具有重要意义,在对不同Sn组分下的态密度和投影态密度的计算结果也从微观的角度验证了GeSn材料的带隙性质。本文通过二次曲线拟合法计算有效质量并根据其与迁移率的关系可以计算出GeSn合金不同Sn组分下的迁移率。计算结果表明在Sn组分变化时,GeSn合金的载流子迁移率随着Sn组分x的增加呈现增大的趋势。本文还对研究应变时所需的相关基础参数进行计算,得到了不同Sn组分下Ge1-xSnx材料的弹性常数,体积模量,剪切模量和杨氏模量等计算结果,这些计算结果为后续应变工程的深入研究提供了良好的理论数据支撑。