中文摘要：

本项目采用第一性原理研究不同杂质和缺陷在不同结构的硅锗异质结纳米线中的掺杂行为及其光电性质。通过对不同掺杂方式下杂质原子和缺陷的形成能、电离能及光学能级的计算，分析不同杂质和缺陷在硅锗异质结纳米线中稳定的掺杂位置和掺杂方式、杂质和缺陷的电学性质，以及不同掺杂对硅锗异质结纳米线电子结构和性质的影响。该项目的研究结果将有助于人们理解硅锗异质结纳米线独特性质的物理本质，对实验上通过有目的的掺杂实现对硅锗异质结构纳米线的性质进行调控提供理论指导，促进硅锗纳米线在纳米电子器件中的应用。

结论摘要：

本项目中,我们研究了不同结构的硅锗异质结纳米线中的杂质和缺陷及其对纳米线电子结构和性质的影响。取得了预期的研究结构。主要研究结果如下实验发现在锗核硅壳异质结纳米线中存在高浓度的空穴电子气，科学家们认为其中的杂质和缺陷以及异质结的能带结构是高浓度空穴载流子气体产生的根源，因此我们计算了各种不同的硅锗异质结纳米线（锗核-硅壳，硅核-锗壳，硅锗突变界面）中常见杂质硼，氮，铝，磷和氧的形成能，以及其对不同纳米线的电子结构性质有何影响。我们发现，在所有的硅锗异质结纳米线中用磷替位界面附近的锗很容易实现高浓度的电子注入，而用硼和铝替位界面附近的硅可以实现高浓度的空穴注入。氮掺杂对硅锗异质结纳米线的导电性没有贡献。在硅锗突变界面纳米线中用氧原子替位界面附近的硅也可以实现空穴载流子的注入。很多实验发现组分随机分布的硅锗纳米线和锗核硅壳纳米线在未进行掺杂的情况下就表现出了p型半导体性质，这可能是由于其中的本征缺陷而引起的。为了弄清不同结构硅锗纳米线中的本征缺陷的行为，我们系统的研究了在随机分布的硅锗纳米线，突变界面硅锗纳米线，硅锗核壳结构纳米线中不同位置的硅、锗单空位缺陷的形成能及电子结构。我们发现，空位的形成能与纳米线的结构密切相关。随机分布硅锗纳米线，突变界面硅锗异质结纳米线和锗核硅壳异质结纳米线中的空位均能引起p型半导体性质，而硅核-锗壳纳米线中的缺陷则不行。在随机分布硅锗纳米线中内部的硅空位可以形成p型半导体，突变界面硅锗异质结纳米线和锗核-硅壳异质结纳米线中界面附近的硅和锗空位均表现为p型半导体性质。我们的结果不仅很好的解释了实验现象，而且可以指导实验通过调控硅锗纳米线的界面、掺杂和缺陷来调控其电子结构和性质，为硅锗纳米线在纳米电子器件中的应用奠定基础。