透明导电氧化物是一系列同时具有导电性和在可见光区透明的材料,被广泛应用在平板显示,太阳能电池及透明电极等领域。尖晶石型氧化物是一系列被广泛研究的透明导电材料,晶体中边缘共享的MO₆结构可以形成载流子的导电通道,大量未占据的间隙位不仅提供了掺杂位置,还能避免了杂质离子对载流子的散射,从而提高载流子的迁移率。在透明导电氧化物研究中,掺杂是控制和改善材料性能的一种有效手段。作为材料领域中一种重要的并被广泛使用的科学研究工具,第一性原理方法可以从微观的角度去了解本征缺陷及掺杂元素对材料性能的影响。基于此,本文提出利用基于密度泛函理论的第一性原理方法对MgAl₂O₄中本征缺陷及元素填隙式掺杂的电子性能进行理论研究。本文所开展的研究工作及所获得的结果包括:1、MgAl₂O₄的价带主要由O-2p态构成,导带主要由Mg-3s和Al-3s、3p态构成。O-rich生长条件下的电中性受主缺陷O_i4和Mg_Al形成能较低,O-poor条件下的电中性施主缺陷V_O和Al_Mg形成能较低。O_i4、V_O和Al_Mg在体系中引入深能级,难以提供导电载流子,易成为复合中心。Mg_Al在体系中引入浅受主能级,但费米能级靠近价带顶时不能自发形成,缺陷含量受到限制。因此,MgAl₂O₄中的本征缺陷难以改变材料的导电性,但可能会影响材料的掺杂。2、研究了s区元素填隙式掺杂MgAl₂O₄体系的电子性能。形成能结果表明O-poor生长条件更有利于s区元素填隙式掺杂MgAl₂O₄,其中H_i4和H_i8的形成能最低。H进入MgAl₂O₄间隙位置后,局部结构HO₄和HO₆向外驰豫。所研究的s区掺杂元素均在带隙中引入深能级,主要由于O-2p参与导带底能带的形成引起反键作用较强,导致导带底能量上升,难以通过掺杂形成浅施主能级。3、研究了非金属元素填隙式掺杂MgAl₂O₄对体系的电子性能。形成能结果表明O-rich生长条件更有利于非金属元素填隙式掺杂MgAl₂O₄,其中N_i4和F_i8的形成能最低。N占据四面体间隙后向邻近的MgO₄和AlO₆结构移动,F邻近的O受到排斥向外移动。N_i4在带隙中引入深受主能级,难以提供空穴载流子。F_i8在带隙中形成浅受主能级ε0/1-=E_VBM+0.53eV,可提供空穴载流子。O-rich条件下,施主缺陷或杂质V_O、Al_Mg及F_O和复合结构F_i8+V_O、F_i8+Al_Mg和F_i8+F_O的形成能较高,另一方面,F_i8和2F_i8的形成能为负,可以在体系中自发形成。因此在O-rich条件下,F掺杂MgAl₂O₄可以实现p型导电。