以传统Si材料为主的场效应晶体管半导体工业和电子器件以指数增加,实现Si晶体管在电路高度集成,现代半导体电子器件不断微型化,然而目前传统Si技术已经达到物理极性,随着器件尺度减小,Si纳米器件带来许多问题如:发热、低迁移率和电流开关比等,迫使人们寻找满足微纳米电子器件高性能要求的其他材料。III-V族半导体,如In As、Ga Sb,具有优于Si材料输运特性,具有优异电学特性,可以突破Si技术瓶颈,成为将来高性能半导体纳米电子器件的较佳选择材料。本文基于密度泛函理论运用第一性原理方法,研究In As纳米线在量子尺寸效应和表面效应作用下电子结构和输运特性的变化,研究组份比、应力和掺杂对Ga Sb/In As核壳纳米线电子结构和载流子迁移率调制作用,以及研究In As与二维材料的纳米复合结构光学吸收特性,获得一些结果如下:首先,我们应用第一性原理计算方法研究闪锌矿和纤锌矿In As纳米线电子结构,分析量子尺寸效应和表面效应对纳米线电子结构影响机理,比较In As纳米线表面原子悬挂键饱和前后电子结构和输运性质变化,解释钝化方法对纳米线输运特性改善的原因。研究结果表明In As纳米线在不同晶体结构和生长方向条件下,纳米线的带隙随着直径增大而减小,带隙变化量与直径D形成αβDEg=Δ/非线性函数关系;导带(价带)能量随着纳米线直径减少而降低(增大),导带受量子效应的作用比价带更显著,引起导带变化幅度大于价带,导致纳米线带隙与直径的非线性变化。此外,In As纳米线载流子的有效质量值随直径增大而减小,利于载流子迁移率的提高,特别是,闪锌矿[111]方向生长的In As纳米线直径超过26?时,电子有效质量小于其空穴有效质量,利于电子载流子在In As纳米线的输运。用赝氢原子饱和纳米线表面悬挂键,消除带隙中表面态,减少电荷密度在表面分布,降低载流子在表面散射,同时通过这种钝化方法减小电子有效质量,促进纳米线迁移率提高。其次,研究应力以及核/壳组份比例对闪锌矿[111]方向和纤锌矿[0001]方向Ga Sb/In As核壳(core-shell)纳米线电子结构的调控。从计算结果,我们发现沿着[111]方向生长的闪锌矿结构Ga Sb/In As核壳纳米线受单轴的压缩应力作用后,其半导体能带对方方式发生第二类对齐到第一类对齐改变,并伴随直接带隙到间接带隙转变的发生,但是沿着纤锌矿[0001]方向生长的Ga Sb/In As核壳纳米线,无论在单轴压缩应力还是拉伸应力作用下,都保持原来的半导体能带第二类对齐方式。与此同时,改变Ga Sb和In As在核壳纳米线的核/壳组份比例实现带隙和载流子有效质量可调;位于核壳纳米线内部的Ga Sb纳米线直径在不变情况下,核壳纳米线能隙随着外层In As厚度增加而减小,对结果进行拟合得出一种线性减小的关系,预言外层In As增加到某个临界厚度时,核壳纳米线的能带结构出现零带隙,发生半导体到金属性质的改变;调节In As纳米线厚度,在闪锌矿[111]方向Ga Sb/In As核壳纳米线中,实现选择不同输运载流子(电子、空穴)作为主导的输运特性。接下来,研究Zn原子对不同生长方向Ga Sb/In As核壳纳米线p型掺杂行为,运用形变势理论,计算Ga Sb/In As核壳纳米线经Zn原子掺杂前后电子迁移和空穴迁移率,同时比较Zn掺杂Ga Sb/In As二维异质节薄膜电子结构。研究结果表明,在闪锌矿[111]方向Ga Sb/In As核壳纳米线结构中,Zn掺杂外层In As形成的空穴态在无需激发能条件下,利用核壳间的价带带阶,自动从外层注入到内层Ga Sb纳米线,提高内部中的Ga Sb空穴浓度,应用形变势理论计算Ga Sb空穴迁移率,空穴迁移增加了1044 cm2/V·s,实现对Ga Sb远程p型掺杂模式,提高Ga Sb纳米线迁移率;而Zn无法对[110]方向Ga Sb/In As核壳纳米线实现远程掺杂。从研究Zn对Ga Sb/In As异质节薄膜p型掺杂行为中,探究实现p型远程掺杂的关键因素,结果表明纳米线表面方向影响p型远程掺杂效率,当Ga Sb/In As核壳纳米线表面方向是(110)表面以及以以As原子为端面的(111)表面,对Ga Sb实现p型远程掺杂效率高,例如:闪锌矿[001]方向和纤锌矿[0001]方向Ga Sb/In As核壳纳米线。最后,系统研究了石墨烯Graphene与In As(111)薄膜,二硫化钼Mo S2与In As(111)薄膜形成的复合纳米结构的电子结构、界面电荷分布规律以及光吸收特性。研究结果表明石墨烯Graphene与In原子为端面的In As(111)薄膜衬底形成复合结构后,薄膜衬底的电子转移到graphene,界面形成极化电场,电子-空穴对分离,对红光吸收增强;而石墨烯Graphene和以As原子为端面In As(111)薄膜衬底形成的复合结构,界面电荷转移非常少,光吸收增强不明显。此外,石墨烯与In As(111)薄膜形成的复合结构后,石墨烯发生电子得失,费米狄拉克点发生移动。Mo S2比石墨烯对In As(111)薄膜具有更强吸附能力,形成的Mo S2/In As(111)复合结构,释放大量热,形成稳定复合结构,界面形成化学键,并从In As(111)薄膜得到电子,特别是以In原子端面的In As(111)薄膜通过界面转移较多电荷到Mo S2二维材料上,电子和空穴分别在Mo S2和In As薄膜积累,实现电子-空穴分离,增强对黄光和红光的吸收。二硫化钼比石墨烯与In As(111)薄膜衬底形成复合结构更利于光吸收。研究结果,对设计高性能电子器件有一些指导意义。