Si与Si基材料是半导体微电子工业中的主要原料。而半导体材料在制备、加工的过程中不可避免地会引入各种结构缺陷，其中最重要的一种缺陷是位错。一方面，位错的存在将在能带隙中引入一系列连续的能级，阻碍载流子的运动，增加了器件的功率损耗，导致器件电器性能下降。另一方面，位错作为材料塑性的微观载体，它可能降低器件的屈服强度，影响器件可靠性。Si中的主要位错是60位错和螺位错以及相应的扩展位错（30、90部分位错）。相比于受到广泛研究的30、90部分位错，60位错的研究仍然相对空白，我们将主要研究shufe型60位错的结构及动态演化过程。由于位错的核心结构、成核、运动、与其他缺陷的相互作用都涉及原子级别的结构变化，传统的弹性力学手段无法精确描述。在本文将借助第一性原理（DFT）以及经典分子动力学（MD）模拟计算位错的结构及相应的力学行为，期望能为人为控制缺陷、制备新材料提供理论指导。本文首先利用基于SW经验势函数的MD方法模拟了含空位盘的体硅以及含表面台阶硅纳米线两种模型中的位错成核。当加载应变达到临界值时，两种模型都在(111)面发生了滑移并在缺陷处（空位盘，台阶）产生了位错。温度的升高促进了位错的形成，从而降低了晶体的强度。产生位错的类型直接受体系应力状态的影响，当(111)滑移面上剪应力主要朝11ˉ0方向时只产生shufe型全位错，而剪应力主要沿112ˉ方向时才有部分位错产生。当两个方向应力相当时，低温下容易形成shufe型全位错，而高温下有助于部分位错的形成。此外在低温高应力状态下观测到了glide型部分位错的产生，与最近的实验结果吻合。其次利用第一性原理计算了shufe型60位错可能的稳态结构。通过基于多种经验势函数的MD方法计算了shufe型60位错多种位错芯结构，并将这些结构进一步在DFT计算中弛豫。最终的稳态构型有三个，其中包含了两个前人已发现的构型，这两种构型稳定但是无法滑动。我们新发现的构型所拥有的能量在前两种构型能量之间，其结构特征为一个亚稳定shufe型60位错与键缺陷的复合体。通过DFT以及第一性原理分子动力学计算了该新结构的力学行为，发现其在外力驱动下可以释放出亚稳定shufe型60位错并滑移，温度对其运动也有一定促进作用。此外通过人为引入杂质Ge原子可以与亚稳定shufe型60位错构成稳定结构，并可在外力作用下滑移。结果表明，亚稳定shufe型60位错可以与其它点、键缺陷复合形成稳定结构并保持可动性。接下来采用MD方法结合共轭梯度法直接计算了0K下，(111)面[11ˉ0]方向上的亚稳定shufe型60位错滑动所需克服的Peierls应力。由于使用周期性边界条件引入的位错之间的相互作用力将对Peierls应力计算造成干扰，为了减小该干扰，通过各向异性弹性力学计算位错之间的相互作用能确定了模拟盒子在垂直于位错线方向的截面的合理高宽比。结算结果显示位错朝[112ˉ]和[1ˉ1ˉ2]方向运动时所受的Peierls应力并不相等。对0.1K下位错运动的分子动力学模拟发现，该温度下驱动位错滑移的临界剪应力明显小于Peierls应力，意味着不能在近似无热激活的状态下计算Peierls应力。当外加剪应变应变率超过临界值时，流应力几乎达到定值，位错速率恒定。最后建立了含有空位团缺陷和shufe型60位错的模型，采用SW势函数计算了位错与空位之间的相互作用。发现环形六空位与位错之间相互吸引，吸引能随着空位与位错之间的距离的缩短而上升，从而环形六空位对位错的滑移具备阻碍作用。位错线上单位长度的吸引能随着空位团浓度的降低而降低。计算了位错脱离环形六空位的临界剪应力，该剪应力与空位团浓度之间有个线性关系。shufe型60位错与不同半径空位盘之间的相互作用的模拟结果显示空位对位错的钉扎随着空位半径的增加而变大，而温度的升高有助于位错克服位错盘钉扎。发现了shufe型60位错的分解，在强钉扎、高应力条件下shufe型60位错直接分解成了shufe型30位错和glide型90位错。