半导体材料能否被广泛应用于电子器件和光电子器件取决于它的掺杂能力，即能否提供足够的载流子浓度。硅是半导体工业的主要材料，它的掺杂性能直接影响半导体工业的发展。根据摩尔定律，半导体器件正逐步接近纳米尺寸，因而量子约束效应对器件各种性质的影响也越来越明显，特别是对半导体材料掺杂能力的影响。随着半导体生长工艺的提高，人们已经能成功制备半导体材料的各种纳米结构，如量子阱、量子线和量子点等结构。然而人们对这些纳米结构中的杂质性质，杂质的化学趋势以及掺杂机理还不是很清楚。因此，我们利用第一原理能带结构和总能量的计算方法分别计算了硅量子点和量子线中Ⅲ族、Ⅴ族和过渡金属杂质的性质及化学趋势及ZnO的一些基本性质。(1)计算了Ⅲ族和Ⅴ族杂质在不同尺寸的硅量子点中的缺陷形成能和缺陷跃迁能。计算结果显示量子点越小掺杂就越困难，这是由量子点自身因素的影响而造成。Ⅲ族杂质中硼具有相对较小的缺陷形成能和较小的缺陷跃迁能，因而最适合作为硅量子点的受主杂质。Ⅴ族杂质中磷具有相对较小的缺陷形成能和较浅的施主杂质能级，因此最适合做硅量子点的施主杂质。硅量子点中杂质的化学趋势与其体材料中杂质的化学趋势是类似的。对于用氧原子钝化的硅量子点，硼原子更趋向于占据离量子点表面近的位置，而磷原子则刚好相反，它更愿意待在量子点的内部。(2)系统的计算了过渡金属原子钒、铬、锰、铁和钴在硅量子线中的形成能和电子结构的基本性质。发现在细的硅量子线中过渡金属的固溶度比较低，使得掺杂困难，而且这也是由于量子线自身的因素造成的。锰和铁杂质相对于其它三种过渡金属元素在硅量子线中具有相对较小的缺陷形成能，而且当它们在硅量子线内部占据不同位置时，缺陷形成能的变化不大，因而它们更易于掺入到硅量子线中。而钒、铬和钴倾向于占据量子线的中心格点，且具有较高的缺陷形成能。(3)计算了ZnO、BeO和MgO的能带结构并拟合了有效质量参数。发现在k[100]方向显示出Dresselhaus自旋轨道效应，而在高对称方向k[001]上Dresselhaus效应消失。ZnO、BeO和MgO价带项部自上向下的三条能带的顺序都是Γ7＞Γ9＞Γ7，但它们的形成原因却不同。计算了铍和镁浓度较低时Zn1-xMgxO和Zn1-xBexO的p型掺杂，计算结果表明随着铍和镁原子的浓度增加，氮杂质的受主缺陷能级可以变浅。Zn0.81Be0.19O中氮的缺陷跃迁能εN(0/-)为0.1eV。