近年来随着电子信息技术的不断发展,电子产品已逐渐向小型化、便携化、多功能化等方向发展,为了满足大功率和大规模集成电路的发展需求,对电子元器件中封装基板材料的要求（尤其是散热能力）也越来越高。Al N作为一种综合性能优良的新型陶瓷材料,具有良好的力学性能、介电性能、热力学性能以及生产成本低、无毒无污染等优点,已逐渐成为继Al2O3陶瓷之后的新一代理想的陶瓷封装基板材料,因此如何获得综合性能良好的Al N陶瓷成为了当前研究的主要方向。受实验设备、测试手段等条件的限制,目前难以通过实验研究分析原子结构对材料性能的影响,对掺杂Al N的理论研究也缺乏深入认识,限制了其进一步发展。随着计算材料科学的不断发展,第一性原理计算方法可以对掺杂Al N的结构及性能进行理论研究,从原子角度分析不同元素掺杂对Al N结构及性能的影响规律,对Al N陶瓷材料结构和性能的进一步认识和改进都有很好的理论指导价值。因此本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,计算了14种原子（C、O、Be、Mg、Ca、Zn、Cd、Hg、Sc、Y、Ce、Si、Ni、Tl）掺杂Al N以及3种原子（Si、Y、Tl）分别与C原子和不同含量的O原子共掺杂Al N的晶体结构（晶格常数、晶胞体积）、电子结构（能带结构、态密度）、力学性能（弹性常数、体模量、剪切模量、杨氏模量、硬度）、热力学性能（德拜温度、熔点）及晶格热导率,进一步分析了掺杂元素对Al N结构、力学性能、热力学性能及晶格热导率的影响,为今后的实验研究提供理论参考。主要研究结果如下:1.计算所得Al N的晶格常数为a=b=3.125（?）、c=5.009（?）,带隙值为4.105e V,体模量为190GPa,剪切模量为100.2GPa,杨氏模量为255.7GPa,硬度为14.98GPa,B/G值为1.90,德拜温度为843.47K,熔点为2005.9K,晶格热导率为42.576W/m·K。表明Al N作为直接宽带隙半导体,其结构具有稳定性,材料表现为韧性,具有良好的力学性能及热力学性能,同时与实验研究结果及相关计算结果相差不大,表明计算采用的模型及参数合理可信。2.掺杂Al N中,C、Mg、Cd、Hg、Sc、Y、Tl、Ca、Ce原子从小到大依次增大了Al N的晶格常数及晶胞体积,而Ni、Si、Zn、Be、O原子从小到大依次减小了Al N的晶格常数及晶胞体积。O、Ce、Si掺杂Al N形成n型掺杂,C、Be、Mg、Ca、Zn、Cd、Hg、Sc、Y、Ni、Tl掺杂Al N形成p型掺杂,掺杂后带隙值减小。掺杂Al N的结构均具有力学稳定性,材料表现为韧性,且掺杂后的剪切模量、杨氏模量、硬度、德拜温度、熔点及晶格热导率都有所降低,只有C、Y掺杂Al N的体模量增大,分别为195.4GPa和191.9GPa。其中Tl掺杂Al N的剪切模量、杨氏模量和硬度值最大,分别为91.2GPa、234.2GPa、13.09GPa;Si掺杂Al N的德拜温度最大,为795.20K;Tl、Si掺杂Al N的晶格热导率较高,分别为31.760W/m.K、31.714W/m.K;而Ce掺杂Al N的剪切模量、杨氏模量、硬度、德拜温度、熔点、晶格热导率最小,分别为44.0GPa、121.9GPa、3.35GPa、528.19K、1712.0K、5.073W/m.K。综合来看,Ce掺杂Al N会显著降低Al N的力学性能、热力学性能及晶格热导率,而C、Y、Si、Tl掺杂Al N的综合性能较好。3.共掺杂Al N中,Si、Y、Tl与C共掺杂Al N形成高效p型掺杂,Si、Y、Tl与O共掺杂Al N中随着O含量的增加,引入过多电子载流子,呈现金属态特性,带隙不明显。Si-O共掺杂Al N结构不稳定,其余共掺杂Al N都具有力学稳定性。Tl-O3共掺杂Al N表现为轻微脆性,而其余共掺杂Al N均表现为韧性。Si-O4共掺杂Al N的体模量比Al N大,为232.9GPa。Tl-O和Tl-O2共掺杂Al N的硬度比Al N大,分别为19.87GPa、15.25GPa。共掺杂Al N的剪切模量、杨氏模量、德拜温度、熔点及晶格热导率都低于Al N。其中Si-O4共掺杂Al N的剪切模量、杨氏模量最小,分别为56.3GPa、156.4GPa;Tl-O4共掺杂Al N的德拜温度最小,为600.41K;Tl-O3共掺杂Al N的熔点最小,为1536.6K;Si-O4共掺杂Al N的晶格热导率最小,为7.607W/m.K;而Si-C共掺杂Al N的德拜温度、熔点、晶格热导率较Si、C掺杂Al N时增大,分别达到840.30K、1998.9K、41.607W/m.K。在Si、Y、Tl与O共掺杂Al N中,晶格热导率随着O含量的增加而降低。