随着集成电路的飞速发展,SiO₂作为传统的栅介质将不能满足MOSFET器件高集成度的要求,需要一种新型High-k材料来代替传统SiO₂。由于多晶硅与HfO₂等高k栅介质材料结合会出现许多问题,如多晶硅栅耗尽效应、费米能级的钉扎、过高的栅电阻、严重的硼穿透等现象。因此,采用金属栅替代多晶硅栅电极将成为发展的必然趋势。本文主要采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了无序效应、表面效应及表面取向对金属合金栅电极功函数的影响。研究结果表明,表面效应和表面取向对金属功函数有重要影响;对于给定的表面层原子浓度和表面取向,不同的原子分布对金属功函数影响较小;金属功函数的变化不仅与电荷转移有关,还跟表面电荷具体分布情况有很大的关系。我们还研究了不同覆盖度下O在Ni（111）表面的吸附特性。本文研究目的是通过第一性原理方法,从理论上提供一些实验上难于实现的结果,以期在采用金属合金作为栅电极材料的研究和设计中提供指导和帮助。本文共分四部分:首先,介绍了传统SiO₂栅介质面临缩减厚度时所产生的问题,以及采用金属栅替代多晶硅栅电极的必要性和挑战性。还详细介绍了本论文所涉及的基本理论基础—第一性原理计算方法。其次,利用第一性原理方法研究了Ni_1-xPt_x合金的功函数。计算结果表明,表面层Pt原子浓度对合金功函数有重要影响;对于给定的表面层Pt原子浓度,合金中Ni/Pt原子的不同分布对功函数影响较小。所得结果为实验者指明了表面原子修饰可能是一种调制金属功函数的有效方法。接着,研究了基于不同表面取向的Ta_1-xMo_x合金的功函数。计算结果发现,表面取向对金属功函数有重要影响;对于给定的表面取向和表面层Mo原子浓度,表面层Mo原子分布对合金功函数影响较小;金属功函数的变化不仅与电荷转移有关,还跟表面电荷具体分布情况有很大的关系。最后,研究了不同覆盖度下O在Ni（111）表面的吸附特性。计算结果表明,O在Ni（111）表面的吸附能随着覆盖度的增加而减小,O诱导Ni（111）表面功函数的变化量与覆盖度成近线性关系,并随着覆盖度的增加而增大;O在Ni（111）表面的吸附使得Ni表面电子向0原子转移,形成表面偶极矩,导致功函数增加;表面Ni原子的3d轨道和O的2p轨道通过耦合、杂化作用形成成键态和反键态,而反键态几乎不被占据,因而O-Ni键相互作用比较强,吸附能较大。