现代信息存储的主要工具是半导体存储器。根据信息存储特点有所不同,我们可以把半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器。其中非易失性存储器又涵盖了铁电存储器(FeRAM)、磁存储器(MRAM)、阻变存储器(RRAM)以及相变存储器(PCRAM)等。相变存储器因其显著的特性,被誉为下一代存储器中最有潜力的一类。而在相变存储器的众多材料中,硫系化合物材料GeSbTe因其优异的存储特性,使它成了相变存储器中最热门的研究对象。本文是基于第一性原理的密度泛函理论,对相变GeSbTe材料的晶态和非晶态的分子动力性和光学性质进行模拟计算。通过替位式掺杂对超胞的Ge2Sb2Te5(GST)结构掺入Si杂质,进而去研究了缺陷的GST材料的分子动力学、热力学稳定性以及光学特性,为深入挖掘相变存储器奠定理论基础。本文的研究思路是首先计算了不同化学配比的Ge-Sb-Te相变材料的分子动力学的稳定性。然后通过热力学稳定性分析得出了化学配比为2:2:5的GST结构的热力学稳定性最好。进而探讨了此化学配比下的GST结构的分子动力学特性和热稳定性。一般而言,本征的半导体材料的导电特性并不是很理想。这为提升GST结构的导电性能进而掺杂Si原子提供了理论依据。为了深入地探究Si原子的掺杂浓度对GST结构和相关性质的影响,我们着手模拟计算了不同Si掺杂浓度的超胞GST结构的均方位移。从数据可以得出掺入Si原子可以提升GST结构的稳定性。进而我们通过对相关函数(PCF)明显看出掺入Si以后对结构的Ge-Te和Sb-Te键长产生了影响;再通过对PCF的数据进行积分计算,便可得到每个原子的配位数。配位数的信息反映了掺杂Si的GST结构在温度高达1100K,其结构仍然保持少量的晶态。最后,计算得出不同Si掺杂浓度的GST材料的无序度,进而证明了Si浓度在20%下GST结构是最稳定的。研究结果表明掺入Si浓度在20%的GST体系是最稳定的,动力学中的MSD变化和无序度的都是最低的。在第四章节,我们首先运用了第一性原理的方法对掺杂Si的GST材料的结构和光学性质的研究,并计算了本征以及Si掺杂浓度在20%的GST的相关的特性。研究内容主要包括弹性系数、复介电函数、吸收率、反射率和电导率等。首先,应用六个弹性常量论证了掺杂Si的GST体系仍然满足物理机械稳定性,这说明此结构在自然界中是可以稳定存在的;其次,讨论了掺杂Si对GST材料的结构和光学性质的影响。介电函数说明了掺杂Si会使GST器件具有更快的响应速度。同时Si掺杂20%浓度的GST结构要比本征的GST结构的反射率略微大一些。这说明在非晶态时掺杂Si的GST结构要比非晶态本征GST结构的晶格排列顺序要整齐。这使得存储器的相变发生时间会缩短,这就意味着擦写数据的效率会大大的提高。最后,探讨了两种材料的电导率。从电导率曲线明显看出电导率明显改善,使得体系中的导电性能增强,在宏观表现为存储器具有更低的开启电压。综上所述,可以得出Si掺杂浓度为20%的GST材料不仅具有较好的热力学稳定性,同时其光学特性也得到了提高。这有利于GST材料导电特性提升,使其更好的适用于半导体行业。以上结论可以为GST材料在光学存储设备中的应用提供理论依据。