功函数是设计金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)的重要指标之一。对于MOSFETs,要求n型和p型器件栅极材料的功函数分别对齐于衬底硅的导带底和价带顶。目前的栅极堆叠结构尚不能很好地满足这要求,其主要原因在于能带匹配和功函数调控方面存在困难。新型二维材料MoS2具有良好的电学性能,可用作薄膜晶体管沟道材料,有望克服传统反型层沟道日益严重的短沟道效应和栅极漏电流问题。但MoS2通常只能用于n型晶体管,如何设计p型晶体管则需要理解其自身的功函数特性。本文采用第一性原理方法,选取典型的金属栅/高k栅极堆叠结构Pt/HfO2和MoS2沟道作为研究对象,探索非金属热处理气氛元素氮对Pt/HfO2界面有效功函数的调控作用,并研究了MoS2沟道能带结构与功函数随自身厚度变化规律,及其与高k栅介质的异质结界面的接触类型和势垒高度。主要内容如下:(1)首先通过第一性原理计算的方法研究了退火气氛元素氮对Pt/HfO2界面有效功函数(或者功函数改变量?Φ)的影响。根据形成能的计算结果,发现氮原子倾向于扩散到界面的HfO2一侧,引起体系总能量的降低。随后研究了不同掺杂位置与不同掺杂浓度条件下,氮原子对界面功函数的掺杂效应。我们发现:掺杂原子层越靠近界面,功函数的调控效果越明显,有效功函数的增加幅度越大,随着原子掺杂位置逐渐远离界面,功函数改变量?Φ随浓度的改变趋势变得平缓。另外,对于同一原子掺杂层,随着掺杂浓度逐渐提高,功函数改变量?Φ随浓度的变化趋势同样会逐渐平缓。最后,通过对掺杂前后以及不同掺杂浓度的界面电荷分布情况进行对比分析发现:氮原子的加入可以改变界面整体的电负性,使得界面两侧电负性差异减小,造成界面电荷转移量减小,结果使界面处的附加偶极矩(Δμ)减小,最终达到界面有效功函数的调控效果。(2)我们构建了不同厚度(层数)与层间距离的MoS2原子层模型及其与HfO2接触的界面模型结构,通过对其进行结构优化,计算并分析发现:MoS2的能带结构和真空功函数与MoS2材料自身原子层厚度密切相关,即从单层结构堆叠到块体结构过程中,能带与真空功函数变化规律存在一个从量变到质变的渐变过程。能带逐渐由单层结构特征向块体结构特征转变,其真空功函数值也由单层级别向块体级别转变(即从5.86 eV转减至5.68 eV)。最后,通过MoS2/HfO2界面有效功函数的计算和分析,我们发现该界面接触类型为肖特基接触,其能量势垒高度值为1.57 eV,这能有效阻碍栅极漏电流。