在过去的一段时间里,半导体行业得到了飞速的发展,越来越多的半导体材料在科学家的视野里展露头角。与此同时,数学家们对于五边形密铺二维空间问题的探索在物理领域中取得了进展。日前,一种以五元环为基本结构单元的二维碳材料——五元环石墨烯被发现,这种材料的力学性能较稳定,具有准直接带隙半导体特征的禁带宽度,有望取代石墨烯成为二维半导体材料。本文使用Quantum Atomistix Toolkit(ATK)软件建立五元环石墨烯晶胞模型。选用第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ族的元素硼,硅,氮三种原子对五元环石墨烯掺杂后的性质进行了研究。根据五元环石墨烯所具有的独特结构,选用了两种不同位置的替位式掺杂方式;同时为了研究掺杂浓度对于掺杂的影响,选取了4.2%和16.7%两种掺杂浓度进行研究。对于16.7%较高的掺杂浓度,实际上是对具备五元环石墨烯晶胞结构的含碳二维化合材料的一种尝试性研究。本文利用第一性原理密度泛函理论进行计算,主要讨论了两个方面的内容:1.通过软件模拟五元环石墨烯以及各类掺杂后的五元环石墨烯的晶胞结构,发现五元环石墨烯是一种具有顶层(底层)和中间层的三层褶皱状的准二维结构。根据这一结果,可以选择中间层原子面或顶层(底层)原子面两种掺杂方式。分析三种原子掺杂后的五元环石墨烯晶胞结构中键长键角的变化,了解掺杂原子对五元环石墨烯几何结构的影响。2.为了研究掺杂对于五元环石墨烯禁带宽度的影响,本文选用了与碳原子价电子结构相似、原子半径相近的硼、硅、氮三种元素进行掺杂。在研究中选用了两种掺杂方式和两种掺杂浓度,结果表明硼原子和氮原子掺杂后的体系导电性能大幅提升,呈现出导体特性。在硅原子掺杂对五元环石墨烯能带结构的影响研究中,由于高浓度掺杂时五元环石墨烯的晶胞呈现碳硅原子比例为5:1的体系,其禁带宽度比低浓度掺杂时更宽。其中,硅原子中间层原子面高浓度掺杂后的结构禁带宽度为3.2eV,与第三代半导体碳化硅特性类似,具有很优秀的研究意义。