随着集成电路工艺尺寸的不断减小,硅基集成电路进一步小型化将面临许多技术障碍,因此迫切需要研究新型集成电路技术。研究新的集成电路技术,有两个基本途径:一是抛弃现有的物理机制,寻找新的物理机制,这一方向总体进展缓慢;二是保持现有物理机制,寻找代替硅材料的新型材料。石墨烯可能代替硅,但是石墨烯需要“打开带隙”的问题一直没有得到很好解决。近年来发现的单层二硫化钼具有与石墨烯相似的结构和性质,并且单层二硫化钼具有天然带隙,单层二硫化钼能否取代硅,还有很多问题需要研究。本文应用第一性原理计算的方法,研究了与二硫化钼薄膜纳米器件电子输运性质相关的几个问题:1、单层二硫化钼多相性质及相变原理,2、二硫化钼异质结的电子性质;3、金衬底吸附对单层二硫化钼电子性质的影响;4、二硫化钼薄膜纳米器件电子输运特性。本文的主要研究成果和创新性体现在以下几个方面:1)研究了单层二硫化钼2H,1T,ZT三种相的电学性质及2H-1T相变原理。首先通过结构弛豫确定了三种相的几何结构,晶胞总能量表明三种相的稳定性关系为2H相>ZT相>1T相。能带和态密度计算证实1T相具有金属性质,ZT相具有半导体性质,带隙为0.01e V。然后采用变形势理论计算了2H和ZT相的迁移率,2H相电子和空穴迁移率在100-400cm²V^-1s^-1之间。比起2H相,ZT相的电子和空穴有效质量显著降低,导致其迁移率显著提升,高达10⁴cm²V^-1s^-1,ZT相的高迁移率弥补了2H相的缺陷,进一步拓展了单层二硫化钼的应用范围。最后计算2H-1T相变能量曲线,指出电子浓度变化是引起二硫化钼相变的原因。2)研究了二硫化钼/二硫化钨异质结和二硫化钼/石墨烯异质结的电子性质。首先系统总结了两种异质结界面模型:界面匹配模型和界面不匹配模型,并给出了构建界面不匹配模型的变换矩阵表。然后采用两种泛函:PBE和opt PBE-vd W,计算了吸附能随层间距离的变化趋势,通过对比确定了两种异质结的层间距离。能带结构分析发现二硫化钼/二硫化钨异质结具有间接带隙,层间耦合导致G点出现较大能级分裂;而二硫化钼/石墨烯异质结能带结构表现为单层二硫化钼和石墨烯能带结构的叠加。态密度分析发现二硫化钼/二硫化钨异质结是II类交错性异质结;而二硫化钼/石墨烯异质结是I类跨骑型异质结。差分电荷分析发现两种异质结层间电荷转移都比较小。3)研究了金衬底吸附对单层二硫化钼电子性质的影响。从吸附能、能带结构、电子态密度和差分电荷密度四个方面进行了深入研究。吸附能计算确定了金衬底吸附单层二硫化钼时,界面硫原子层的最佳排列方式。金衬底吸附单层二硫化钼并不稳定,这也解释了为什么制备硫化钼晶体管时要采用钛做粘附层。能带结构分析指出金衬底与单层二硫化钼形成肖特基接触,并出现钉扎效应。态密度分析指出金衬底并没有影响硫原子和钼原子之间的共价键,金衬底的作用表现在将单层二硫化钼的态密度分布整体向横轴右方平移1e V,从而增加单层二硫化钼的导电率。差分电荷密度分析不仅进一步证实了前文的结论,而且指出单层二硫化钼的导电通道可能在界面处产生。与其他半导体材料不同,在单层二硫化钼中,采用金作为电极并不是最佳的选择。通过对比发现,选择钛作为电极将激发单层二硫化钼中产生更多的导电载流子,从而提高单层二硫化钼的导电率,实现提升单层二硫化钼电子器件性能。4)研究了研究了单层二硫化钼纳米器件和二硫化钼/二硫化钨异质结纳米器件的电子输运性质。首先针对单层二硫化钼和二硫化钼/二硫化钨异质结材料,分别在Zigzag方向和Armchair方向建立了器件模型。然后依次计算了四种器件的电极和中心散射区。最后计算了与电子输运相关的物理量,电子透射系数的计算结果表明,两种纳米器件在Zigzag方向和Armchair方向上的导电能力都不相同,整体上讲Zigzag方向导电能力强于Armchair方向,单层纳米器件导电能力强于异质结纳米器件。