随着无线通讯系统的发展,对高频SAW滤波器的需求剧增,AlN压电薄膜材料成为高频声表面波（SAW）器件的研究热点。毫无疑问,AlN薄膜因具有众多压电材料无法企及的超高纵波声速而成为SAW器件的首选材料,但是AlN薄膜固有的压电系数d₃₃与传统压电薄膜锆钛酸铅和氧化锌薄膜相比还是较低,从而限制了AlN在高频高功率电子器件领域的应用。如今寻找有效的改良AlN压电特性措施是目前的一个研究方向。本论文以纤锌矿AlN为主要研究对象,通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究Sc、Er掺杂AlN的晶体结构,压电特性,电子结构和光学性质。分析掺杂含量（0²5%）对掺杂体系压电性能和光学性质的影响,并得出规律性结论。通过理论研究ScErAlN掺杂体系的晶体结构,分析得出Sc、Er掺杂AlN的压电改性机理,结合电子结构研究来解释体系掺杂前后光学性质变化的内在原因。本论文主要研究内容包括:1.采用Materials Studio软件中的CASTEP模块建立掺杂含量为6.25%、12.5%、25%的ScEr_xAl_1-xN超晶胞结构。分别对两种掺杂体系进行截止动能ecut和k点网格的收敛性测试,得出最适合ScEr_xAl_1-xN掺杂体系的研究参数,保证计算数据的可靠性。测试结果表明Sc_xAl_1-x-x N、Er_xAl_1-xN体系最适宜截止动能参数分别为600e V、500eV,k点网格取6×6×4、5×5×3。2.ScEr_xAl_1-xN掺杂体系的晶体结构和压电性能研究。理论研究晶体结构,计算晶胞参数、晶胞体积、键长。压电系数可由公式d₃₃≈0)₃₃?₃₃计算得出,其中弹性常数₃₃由CASTEP模块计算获得,压电常数0)₃₃由VASP计算获得。结果表明掺杂体系的压电系数随掺杂含量的增加有增加的趋势,且掺杂Er比掺杂Sc能更有效提高AlN的压电特性,当掺杂含量为25%时,计算得到Er_xAl_1-xN体系压电系数d₃₃=8.67pC/N,而Sc_xAl_1-xN体系压电系数仅为7.67p C/N。通过分析Sc、Er掺杂AlN前后的晶体结构得出掺杂体系的压电特性与晶体结构密切相关。由于掺杂元素Sc、Er的离子半径大于Al的离子半径,使得ScEr_xAl_1-xN掺杂体系晶体结构发生畸变,从而提高AlN的压电性能。3.ScEr_xAl_1-xN掺杂体系的电子结构和光学性质研究。对Sc、Er掺杂AlN前后晶体的能带结构、态密度图、复介电函数、吸收谱和反射谱进行对比研究,揭示了Sc、Er掺杂AlN体系的光电性质改变的内在原因,给出掺杂体系光学参数与电子结构的内在联系。由于掺杂原子Sc、Er外壳层有丰富的电子排布,使得掺杂后体系能级数增多,各能级间跃迁概率减小,在紫外光区域掺杂体系的介电峰与吸收峰峰强减弱;随掺杂含量的增加,两种掺杂体系的带隙都变窄,对应掺杂体系的吸收边发生红移。在紫外光区域,掺杂体系的吸收和反射较强,可用于紫外光屏蔽材料或紫外探测器。通过对Sc、Er掺杂AlN材料的压电性能和光学性能的研究,得到改性良好的AlN压电材料,并通过掺杂体系晶体结构的研究来解释掺杂后AlN压电性能得到改善的内在机理,通过掺杂体系电子结构的研究来揭示掺杂前后光学参数改变的内在原因,为今后掺杂AlN性能研究提供理论指导。