近几年来,V2O5主要被用作催化剂和锂电池的电极材料。但其特殊的层状结构可以提高离子和电子的传输效率,以及比较活跃的氧原子有利于降低器件的开关功耗,因此V2O5在低功耗的非易失性阻变存储器的应用也具有很大潜力。目前已经有研究人员发现了V2O5具有电阻转变特性,但是其稳定性、开关比等阻变性能仍需改进。因此本文主要根据阻变存储器的工作原理,基于第一性原理来研究掺杂Sn对V2O5阻变特性的影响,并通过掺杂Sn改善V2O5材料的阻变性能。具体工作如下所述:1.研究了掺杂Sn对V2O5氧空位形成能和电学特性的影响。研究发现,相比于填隙掺杂,替位掺杂Sn不仅能诱导氧原子提供杂质能级使电学特性得到较大的改善,还能将三种氧空位的形成能分别降低2.752、2.316和1.315 e V。并且替位掺杂Sn后,所有的氧空位形成能都有大幅度的稳定降低,其中与杂质Sn相连的氧空位的形成能最小。这表明替位掺杂Sn更适合提高V2O5的电阻转换性能。此外,V2O5-VO和Sn-V2O5-VO体系的态密度和部分电荷密度表明,Sn的取代掺杂增加了1-2个杂质能级,大大提高了电导率。并且在与杂质Sn连接的氧原子周围形成电子团簇,有形成导电细丝的趋势。同时,电子转移情况表明了杂质Sn周围的氧原子获得的电子数分别大于平均值的36%、7%和5%。而且,在O~2和O~3空位存在的情况下,与杂质Sn连接的O~1原子所获得的电子数大于平均值的49%和56%。因此,替位掺杂Sn有利于提高V2O5的稳定性以及开关特性。2.研究了不同Sn掺杂方向和浓度对V2O5的影响。计算了不同的掺杂方向和掺杂浓度的掺杂形成能、电子态密度和等值面电荷密度。研究发现,掺杂形成能与杂质间距成反比。沿[001]晶向掺杂形成最小,但电学性能提升也比较小。沿[111]晶向掺杂结构的掺杂形成能较小,并且具有最好的电学性能,最大的电荷密度以及最为集中的电荷分布,是最容易形成导电细丝的掺杂结构。当沿着[111]晶向掺杂达到4个Sn时,即3.174%的掺杂浓度,掺杂形成能最小,电学特性提升最高,并且有沿着[111]晶向形成导电细丝的趋势,V2O5的电阻转变特性得到最好的改善。