半导体材料是现代信息技术的核心,在科技发展和社会进步中起着决定性的作用。无论是信息技术、航空航天、通信还是新能源,这些领域的发展都离不开半导体材料的支持。第Ⅳ族元素半导体硅是晶体管和集成电路的核心物质,奠定了现代信息技术的基础;后来开发的Ⅲ-Ⅴ族半导体,由于其直接带隙的特点,是光电子技术的基础。随着晶体管的尺寸逐渐接近其物理极限,能量损耗和散热问题愈发明显,基于Si的半导体技术的进展受到越来越强的限制。为此,科学家不断尝试开发新的半导体材料取代Si,其中二维材料最有潜力,主要因为二维材料具有本征的纳米尺度特性,在制备晶体管方面有独特的优势。到目前为止,还没有合适的二维半导体材料可以取代Si,例如石墨烯没有带隙,MoS2的迁移率比较低,黑磷不够稳定。研究和开发具有适中带隙、高迁移率、热力学上稳定的二维材料是该领域的热点。最近研究发现,Bi2O2Se在未来晶体管应用中展现出非常巨大的潜力,然而至今人们对Bi2O2Se的物理性质的了解仍然有限。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Bi2O2X（X=S,Se,Te）的物理性质进行深入的研究。主要结论如下:（1）X的原子序数影响Bi2O2X（X=S,Se,Te）体相的结构性质、力学性质、电子结构以及光学性质。晶格常数和X-Bi的键长随着X的增大而增大,能带带隙和光学带隙则表现出相反的规律。有趣的是,力学性质的趋势与模量的特性有关,体模量与剪切模量具有完全相反的趋势。计算发现,单轴弹性常数C11、C22、C33与体模量随着X的增大而减小,剪切弹性常数和剪切模量随着X增大而增大。通过晶体轨道哈密顿布居分析（COHP）发现,剪切模量反常的趋势来源于Bi-X共价键作用随着X从S到Te是增大的。（2）使用高精度的杂化泛函HSE06系统地研究了二维Bi2O2Se的电子结构及其在薄膜厚度和应变条件下的调控机制,结果表明,Bi2O2Se多层薄膜表现出微弱的量子效应,单层到两层带隙减小程度很大,两层以后改变很小。在应变作用下,单层和双层Bi2O2Se的带隙可以在很大的范围内调节;例如,单层的直接带隙可以在整个可见光的范围内改变（1.17,3.08）e V,这为研究基于Bi2O2Se的光电性质和器件提供了极大的便利。在较大的拉伸应变条件下（～8%）,双层Bi2O2Se可以发生半导体到金属特性的转变。进一步分析价带和导带的能量发现,带隙的可调节性来源于带边对应变条件的敏感性,尤其是导带的带边。通过晶体轨道哈密顿布居分析（COHP）发现,价带和导带的带边的轨道都是反键轨道特性,在拉伸应变作用下,Bi-Se键长伸长,使得反键轨道能级下降,故而拉伸会导致价带和导带的能级下降。（3）体相和二维Bi2O2Se的铁电性质研究表明,施加单轴应变,体相和单层的Bi2O2Se的结构都发生了较大的铁电畸变,铁电结构变成基态,4%应变的体相的铁电极化值为42.6μC/cm2,这个值接近BaTiO3的自发极化。对单层结构而言,4%应变下的铁电极化为3.9(10-10C/m);施加6%的应变,极化增大到4.4(10-10C/m)。双层的Bi2O2Se有更好的铁电性,无应变条件下,铁电结构是基态,施加应变可以增强其铁电性。