氮化硅（Si₃N₄）作为一种工程实践中广泛应用的陶瓷材料,其具有耐高温、耐磨损和抗氧化等优异性能,同时,有宽达4.5eV左右的禁带宽度,通过掺杂可有效调节禁带宽度,亦可改善体系的光学性能,使其在微电子及光电材料领域有着巨大的应用前景。目前,关于β-Si₃N₄的研究主要聚焦在利用各种化学气相沉积方法来制备微纳尺度的线、棒和薄膜,由于实验条件的限制,一些后续性能测试等工作较难实现。基于此,本工作利用第一性原理计算对β-Si₃N₄掺杂与吸附体系的电子结构和光学性能进行研究,具体工作内容如下:1.对β-Si₃N₄以及第Ⅳ主族元素C、Ge、Sn和Pb掺杂前后体系的光学性质以及电子结构进行计算,结果发现:Ge掺杂体系的结构稳定性较强;带隙分别为2.901eV、4.190eV、3.188eV、1.599eV,其中以C、Pb掺杂体系带隙的降低程度较大,是由于C-p与Si-p轨道电子以及Pb-p与N-p轨道电子的杂化作用所导致的;Sn掺杂体系具有最高的介电损耗,将会降低生产实践中的使用寿命,而C和Ge掺杂体系在低能区呈现出低介电损耗的特点,这些优势对其在电介质材料领域的应用十分有利。2.采用第Ⅲ、Ⅴ主族元素对β-Si₃N₄进行掺杂,形成能计算结果表明掺杂体系的稳定性强弱顺序为Ga>As>Al>P;As和P掺杂体系的带隙分别降低到0.950eV、1.922eV,说明“自由电子”载流子对体系的导电过程贡献相对较大;从差分电荷密度图可知,成键的共价性强弱顺序为Al-N<Ga-N与Si-P>Si-As,与计算的键布居规律相吻合。对共掺杂体系而言,Ga-P共掺体系结构稳定性良好,第Ⅲ主族元素与P原子形成共掺体系的结合能小于与As原子形成的共掺体系,这说明P的介入对体系稳定性的贡献要比As原子大;Al、Ga、As单掺体系的静态介电常数及低能区的介电损耗增大,在作为电介质材料应用过程中会缩短材料的使用寿命,而P掺杂体系拥有较低的介电常数与介电损耗,有利于材料获得较长的服役期限及较低的能量损耗;各共掺体系的静态介电常数急剧增大,这会扩展其在介电材料领域的使用范围;同时拥有较单掺体系更低的吸收谱与反射谱峰值,能量损失亦较小,表明共掺体系在减反射膜及透波材料方面的应用具有更大潜力。3.利用DFT+U模拟方法考察β-Si₃N₄（200）面吸附3d过渡金属元素（Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu）体系的表面性能,结果表明:Ti、Ni、Co吸附体系的稳定性较高,而Mn、Fe、Cu吸附体系则较弱;吸附原子与N原子成键方向上电子缺失程度变弱,导致离子性有所增强,与N成键的共价性强弱顺序为:Ti>Mn>Fe>Co>Ni>Cu,符合各键布居值的演变规律;吸附体系的介电损耗与静态介电常数整体上随吸附原子的离子半径增加呈现出先增大后减小的趋势;介电常数在低能区主要来源于[010]极化方向的贡献,导致表面体系的性质呈现出一定程度的各向异性;紫外光区域光波呈现明显的“壁垒型”性质,即拥有该波长范围的光波难以通过;在可见光部分390⁷80nm（光子能量范围1.59³.18eV）,吸附体系的吸收系数均较小,体系展现出较强的“允通型”性质;在近红外光区域内（波长>760nm,光子能量范围为0¹.632eV）,Mn吸附体系出现一个较为矮小的吸收峰,表明体系对长波有一定吸收能力,使其应用覆盖长波吸收材料领域。