近十几年来,二维材料凭借非比寻常的物理特性和在超薄电子和光电子器件中的潜在应用引起了人们极大的兴趣,并引发了对其基本性质的深入研究。然而当二维半导体材料应用于电子器件时,在二维半导体和金属电极的界面会出现界面电阻,如何降低界面接触电阻是目前二维半导体材料应用于器件面临的重要挑战。二维半导体的另一个重要应用是II型能带排列(type-II band alignment)的半导体异质结。该异质结在载流子光子转换中起着重要作用,是光催化和光电器件的核心。然而半导体异质结中的动量失配降低了光子激发电子空穴对的跃迁效率,制约了它的发展,所以实现动量空间匹配对于II型能带排列应用于光电器件非常重要。本论文的研究主要集中在降低金属和半导体界面的接触势垒和解决半导体异质结中的动量失配问题,详细信息如下:基于密度泛函理论计算,以二维半导体单层二硫化钼(Mo S2)-金属异质结为例,随着拉伸应变的增大,异质结的n型肖特基势垒和隧穿势垒均显著降低,特别是肖特基势垒可以在达到一定程度的应变(～4%)时减小到零。由反键轨道贡献的Mo S2导带底随拉伸应变的增加远离真空能级,导致了n型肖特基势垒随着拉伸应变的增加而减小。因此,其他具有反键轨道导带底的半导体型二维过渡金属硫化物的n型肖特基势垒也可以通过拉伸应变降低到零。应变为实现二维半导体-金属接触电阻最小化提供了一种通用方法。在多层Mo S2-金属异质结中,金属和Mo S2界面会产生强烈的钉扎而Mo S2范德华层间则会出现去钉扎现象,从而在Mo S2层数较少的情况下(<5层),费米能级钉扎系数对于Mo S2层数的变化很敏感。基于此扩展的费米能级钉扎理论,p型肖特基势垒在多层二维半导体-金属异质结中相对容易实现。多层二维半导体-金属异质结中半导体的层数依赖理论促进了一个新的研究领域的产生,即二维半导体的层数可以作为一个新的自由度来调控异质结的性能。将二维范德华双层半导体吸附在金属表面作为半导体同质结,通过金属的吸附诱导的简并掺杂作用使半导体同质结层间的费米能级发生相对刚性平移,从而在层间实现能带结构的“相互平行”,获得布里渊区内大范围的动量空间匹配。通过使用不同功函数的金属衬底,可以在大能量范围内调节半导体层间能带的相对偏移,使半导体同质结的能带排列方式由II型转变为III型,或转变为反向的II型。此外,以二维金属为衬底可获得n型和p型的欧姆接触。这种基于金属表面的范德华半导体同质结来实现II型能带排列的方法值得更多实验上的尝试和理论应用上的研究。对于双层Mo S2-金属体系,多种相互作用机制参与了金属-Mo S2界面和Mo S2-Mo S2界面处的电荷重新分布,不同体系的主导机制取决于金属电极的维度及其功函数的大小。对于Mo S2-三维金属界面,物理吸附引起的金属表面电子回推效应和金属诱导的间隙态对界面电荷的分布起主导作用。对于二维金属衬底,类共价准键特征出现在Mo S2与中等功函数金属的界面处,而电荷转移机制在Mo S2与功函数很大或很小的金属界面起主导作用。在双层Mo S2-二维金属体系中,半导体-半导体界面继承了金属-半导体界面的电荷重新分布行为;而在双层Mo S2-三维金属体系中,半导体-半导体界面的电荷分布与金属-半导体界面的电荷分布方向相反,产生了去钉扎效应。二维多层半导体-金属异质结中两类界面的详细研究填补了理论上的空白,并为以后的研究提供了普适的理解和新概念。