近年来,第三代半导体逐步成为半导体技术发展的重点。第三代半导体优异的高频、耐高压、耐高温等性能促使其应用于大功率器件、光电探测、气敏传感器等方面,还使得第三代半导体有潜力成为支撑新一代移动通信、新能源汽车、高速列车等产业的重点材料。其中,β-Ga₂O₃相比于其他第三代宽禁带半导体具有更大的带隙,更高的击穿场强,超高的巴利加优值等性质使其在高功率器件方面具有更显著的优势。但是研究发现,实验制备的β-Ga₂O₃器件的性能远低于理论预期。一个重要的原因是Ga₂O₃器件性能与电极金属/Ga₂O₃界面有着直接联系,非欧姆接触的电极金属/Ga₂O₃界面具有大的界面电阻和肖特基势垒,会严重影响电荷在电极金属/Ga₂O₃界面处的传输以及Ga₂O₃器件的热击穿效应。因此,改善Ga₂O₃材料性能和电极/Ga₂O₃界面性能对实现高性能Ga₂O₃器件具有十分重要的意义。本论文采用第一性原理计算方法,对β-Ga₂O₃的结构、电学和力学性质进行了研究。建立了电极金属/Ga₂O₃界面模型并进行了计算分析,为改善界面性能提出了二维材料作为中间插层修饰电极金属/Ga₂O₃界面的方法,并对其性能进行了研究。主要的研究结果如下:1.与其他文献相似,β-Ga₂O₃晶胞中Ga₁-O₁键的键长大于其他Ga-O键,其电子有效质量约为0.23～0.28 m₀。β-Ga₂O₃的13个独立弹性常数符合机械稳定性准则,其热力学性能具有明显的各向异性,弹性常数C₄₄小于C₅₅和C₆₆表明在垂直于a方向更容易切割。用Voigt-Reuss-Hill方法测量了体积模量B,剪切模量G,杨氏模量E以及泊松比ν,得到β-Ga₂O₃的B/G和ν值分别大于1.75和0.26,表明β-Ga₂O₃具有延展性的特征。2.选用了七种不同功函数的金属Sc、Al、Ti、Ag、Au、Pd、Pt为电极,与β-Ga₂O₃（100）面接触构建了电极金属/Ga₂O₃界面模型,将晶体管中金属与沟道材料接触界面分为A、B两个界面研究,结果显示直接与金属接触的A界面Ga₂O₃均被金属化。通过深能级对齐的方法计算得界面B处势垒,功函数较小的金属Sc、Al、Ti与Ga₂O₃界面形成了欧姆接触,金属Ag与Ga₂O₃界面的势垒高度仅为0.06 e V。功函数较大的金属Au、Pd、Pt与Ga₂O₃形成的界面存在n型肖特基势垒,大小分别为0.51e V、0.61 e V、0.58 e V。Ga₂O₃表面的费米钉扎因子为0.56。研究发现金属与Ga₂O₃形成化学键减弱了Ga₂O₃表面的Ga-O键,使Ga和O原子的轨道延伸至禁带中形成界面态。3.建立了二维材料石墨烯（graphene）、氮化硼（BN）为界面中间插层的Metal/2D材料/Ga₂O₃界面模型。选用上述相同的七种金属作为电极,研究发现插层graphene和BN均被金属化。对于金属/Ga₂O₃界面,发现加入graphene为中间层后界面的肖特基势垒高度没有明显降低且费米钉扎效应增强。相反,加入BN为中间层后,整个界面的势垒降低非常明显,势垒高度均低于0.1 e V,但是出现了完全钉扎的情况。以上说明加入二维材料插层可以在特定条件降低金属/Ga₂O₃界面的势垒高度。