最近几十年,半导体芯片集成化、微型化的发展趋势极大地促进了信息技术产业的进步。电子信息系统功能的每一次更新升级、半导体技术的每一种变革创新,都会从性能方面对电子器件半导体芯片提出更高的要求。目前,芯片中晶体管尺寸的进一步缩减面临巨大阻碍,主要有两方面的困难急需解决:(1)静电控制问题,当晶体管沟道变短时,会使得栅极对沟道区电势的控制能力变差;(2)功耗问题,当晶体管尺寸变小,结构变薄,会导致漏电流增加,功耗增加,也会带来散热方面的问题。为了解决这两方面的问题,我们可以从以下两方面来寻找解决办法:一是寻找新的器件材料体系;二是研究可以降低工作电压的方法。此时,二维材料的出现,对电子器件各方面性能的发展起到了很大的改善作用。在本次研究课题中,我们的研究重点是二维材料磷烯的电子性质以及基于磷烯的电子器件输运性质。即一方面是研究不同相位的层状磷构成的异质结构和电子性质,另一方面是研究基于层状磷结构的隧穿场效应晶体管,通过开关电流比和亚阈值摆幅等关键参数研究器件输运性质。不同二维材料堆积构成异质结构,已经被确定为一种提高或丰富这些二维材料功能的有前途的方法。首先,将黑磷(α-P),蓝磷(β-P),γ-P和δ-P这4种结构相的层状磷结构,垂直堆积成6种异质结构。基于第一性原理计算,我们研究了这六种异质结的结构和电子性质,通过计算差分电荷密度和电子局域函数分布图,发现层间作用力本质为范德瓦尔斯作用力。研究相对最稳定的结构,沿着armchair和zigzag方向发生位移时整体结构能量的变化趋势,发现当两层原子重叠部分最少时,此结构最稳定。计算六种异质结构的能带后,得知这些异质结构全部为半导体结构,并且带隙大小在0.25～0.69 eV之间,能带匹配方式包含Ⅰ型和Ⅱ型。另外我们发现,适当地调节掺杂浓度可以改变异质结构的能带匹配方式,从Ⅱ型转变成Ⅲ型。多种方式的能带匹配表明,层状磷结构通过相操控在新型电子器件方面具有广阔的应用前景。此外,金属氧化物半导体场效应晶体管由于工作原理导致其功耗问题十分明显。而隧穿场效应晶体管,基于带和带之间隧穿的转换机制,故不受60mV/dec的亚阈值摆幅限制,为低功耗发展前景提供了希望。本文通过建立平面拼接和垂直堆积的β/δ异质结构,适当施加偏压,通过透射谱和器件的局域态密度研究负微分电阻效应和本征区长度之间的关系,我们发现两种异质结构隧穿结上均出现明显的负微分电阻效应,并且异质结构的不同结合方式会影响负微分电阻效应。由于5 nm沟道器件门控能力差,具有短沟道效应,我们搭建长沟道器件进一步研究器件输运性质,发现相对于平面拼接方式,垂直堆积的异质结构在负微分电阻效应、开关电流比和亚阈值摆幅方面,都具有更优异的性能表现。这主要归因于在两种结合方式的异质结构中,β-P和δ-P两层间的相互作用本质不同。