分子器件自20世纪70年代被正式提出后，分子电子器件由最初的设想一步步走向现实，利用单分子来构建具有特殊功能的电子器件已经成为当今微电子学领域的前沿课题之一。分子电子器件的结构和电子输运规律与传统器件存在巨大的差异。在分子电子器件中，分子结的电子输运性质是研究的重点，它与化学中被充分研究的分子内电子传递有密切关系。分子结输运需要用到的介观电子输运的理论一般遵循Landauer-Büttiker提出的框架，它只适用于弹性散射的情形。而介观输运最一般的理论是非平衡格林函数(NEGF)理论。　　在分子电子器件中，有机分子结构本身的不对称特点导致了分子整流。而由于在分子电子器件中，有机分子的尺寸比电极尺寸小的多，分子与电极之间的界面对电子输运也存在很大的影响。界面的影响包括两种因素，一种是分子两端的电极材料不同;另一种是材料相同，但是分子与两端金属的接触方式不同。本论文研究了具有相同材料，不同界面连接方式的分子-电极连接对分子电子传递的影响及其可能的潜在应用。本论文主要包括以下几部分内容:　　1.首先我们研究了零电场环境下中位(hollow)连接和顶位(top)连接的金-硫原子链和金原子线的电子输运性质。当链长增加时，金-硫原子链的电导基本不衰减，这种现象说明了金-硫之间具有很强的电子耦合，甚至可以和金原子线相比。这种强的金-硫耦合也直接说明了当分子采用巯基组装到金电极上时，电极与分子耦合产生的接触电阻小。从而证明了在研究分子导线、单分子整流器件、场效应晶体管及其它单分子电子器件的电子传递性质时，有机分子通过巯基与电极形成强耦合作用，界面接触电阻相对于分子本身来说可以忽略，分子结所表现的输运性质与分子本身相一致。　　2.接下来我们设计了具有不同长度的并苯分子模型，研究了具有不同连接位点的并苯分子和局部截断的并苯分子的电子传递特性。并苯分子的电子传递不受路径的影响，具有高效的电子传递效率。当交错通道被截断时，分子结电流急剧降低。因此我们设计了如果以单层石墨烯作为电子传递通道，形成源极和漏极，截断的石墨烯作为栅极绝缘材料的石墨烯场效应晶体管(FETs)，只产生较低的栅极漏电流。石墨烯电极的可行修饰和栅极绝缘材料的极小漏电流使得石墨烯FETs的应用成为可能。　　3.我们进一步通过界面调控的方法设计了分子整流器。所有的模型以卟啉分子为基础，右端以一个硫原子与电极相连接，左电极则有不同数量的硫原子。基于卟啉分子上界面不对称的分子结，并利用DFT结合NEGF研究分子结的电子传递。当施加不同方向的电压时，界面不对称的卟啉产生不对称的电子传递。通过引入不对称的界面，可以实现不对称电子传递。整流比接近2.6，且可以维持在0.6到1.2V较宽的范围内。电流优先从两硫原子端向单硫原子端方向传递。