半导体具有很好的电学和光学性质,且可以通过掺杂进行调节,并在太阳能电池、材料发光、电子器件等方面都有很好的应用,因此本征半导体和掺杂半导体的研究得到了越来越多的关注。近几年中,有不少研究者报道了掺杂半导体红外发光,生物标记发光材料。为了探索通过掺杂过渡元素和金属元素改变和调节半导体材料的带隙和光学性质的物理机理,我们用密度泛函理论,借助Materials Studio软件里的CASTEP模块计算研究了Cu、Y和Ce掺杂CdS材料引起的能带结构、态密度、电学性质和光学性质等方面的变化。主要完成了以下研究。首先,我们用第一性原理计算优化确定了Cu掺杂CdS的几何结构,计算了掺杂材料的不同浓度的能量带隙、吸收系数、介电函数和光学电导率。结果表明发现随着Cu掺杂浓度的增高,能带间隙值减小。分析后发现这是由于掺杂了Cu元素之后改变了能带结构。光学性质计算结果表明在低能区域,较高掺杂浓度3Cu@CdS的材料的光电导明显增强,有望作为光电开关材料。由结果分析还可以得到,5Cu@CdS的掺杂材料可在蓝光区域发光,可以作为生物标记材料。不同掺杂Cu浓度的材料对红外光的吸收和光电导都有不同的提高,因此Cu可以作为掺杂剂增强CdS对红外光的吸收作用。我们的电子结构计算结果表明Cu掺杂为CdS提供了一些导电的空穴,这些空穴在费米能级上面,使得掺杂材料在红外光部分的发光和红外光吸收得到了加强。然后,我们用GGA+U的方法对Y掺杂CdS的结构进行了计算分析。与Cu掺杂研究思路类似,我们首先优化的各种掺杂材料的几何结构。然后计算它们的电子结构和光学性质。Y掺杂后材料的带隙比本征CdS的略小。这是由于掺杂的Y元素提供了能量更低的导带,降低了导带的位置,计算结果显示掺杂浓度为3Y@CdS的时候,材料的光电导明显增强,可以作为光电转换材料。由斯托克斯位移,我们可以得到3Y@CdS材料可以作为蓝色发光材料。在低能量区间光吸收也出现峰值,因此在生物标记发光材料可以得到一定的应用。在实验上,人们已经通过使用热解饱和水法制取了低浓度Ce掺杂CdS量子点,分析了掺杂材料的光电性质,我们用第一性原理的方法进行了计算分析,得到了与实验类似的结果,并从态密度,带隙,深入解释了掺杂材料的光学性质。得到低浓度掺杂材料的光学吸收在低能区域有增强的趋势。并且光电导也有所增强。