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借助计算机,通过数值模拟对材料的晶体结构和性能进行预测与设计,是当今材料领域的主要研究方向。半导体材料Si以其力学性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点,在众多领域都有着广泛的应用。但是,由于研究手段的限制,在微观结构、力学性能、缺陷运动方面仍有许多问题没有得到解决。本文应用分子动力学方法,使用GULP软件,研究了半导体材料Si的力学性能,缺陷运动,选题对于微观材料的研究具有重要的指导意义。首先,回顾了半导体材料Si的研究和应用发展现状;论述了计算机模拟在材料设计中的重要性;对近年来Si的计算机模拟发展状况进行概括;阐述了分子动力学方法以及应用于Si分子动力学计算的相互作用势,对本文使用的模拟软件GULP与计算模块进行了简要的介绍。其次,对不同势函数、不同势函数参数下的Si的内聚能和力学性能进行计算,并对势函数参数进行优化。分析表明:针对金刚石结构Si,Stillinger-Weber(SW)相互作用势比Tersoff经验性对势获得更加稳定的结构(内聚能最低),更能表现出Si的性能变化。并且,使用修正后的SW势函数参数,对内聚能、晶格常数、体积模量等力学性能进行计算,获得了更加合理和与实验值更为相符的计算结果。第三,通过对Si中空位沿着<111>和<110>两个晶向运动的模拟分析,结果表明空位沿<111>晶向运动时,需要克服的势垒小。所以Si晶体中空位主要沿着<111>晶向运动。此外,采用修正后的SW势函数参数计算出的势垒(约在4.1eV左右)与文献报道的结果(范围为4.0eV～5.0eV)一致。最后,探讨了Si分子动力学模拟时参数的确定方法。经过对比分析,获得了更为合适的的模拟参数:时间步长为0.001ps;选择Leapfrog Verlet积分方法;体系大小为4×4×4;平衡步数为4000步。在此基础上,计算了常压下Si的熔点,得出了与实验值相符的计算结果。