具有单原子厚度的二维材料石墨烯（Graphene）自2004年在实验上被发现以来,其电学性质被广泛研究。然而其零带隙的特性,使其场效应晶体管的电流开关比小于100,导致石墨烯在半导体领域的应用受到了一定的限制。随后,科研人员发现将石墨烯与其他的二维材料构成异质结可以带来有趣的电子特性,并且这些新颖的异质结在纳米电子器件领域得到进一步的发展。基于其构成方式不同,异质结主要归为两类:纵向异质结和横向异质结。纵向异质结是由原子之间的范德华相互作用力形成的堆叠结构,横向异质结是由原子之间的共价键连接在一起形成的平面异质结。相比于纵向异质结,横向异质结虽然合成相对困难,但其优异的输运特性吸引了实验和理论的大量研究。为拓宽石墨烯的应用以及发现更多新的电学特性,科研人员对石墨烯与其他二维材料形成的横向异质结展开了一系列研究,然而目前对于二维材料的类型以及异质结界面影响等问题的探索仍然比较匮乏。近期,实验研究发现类石墨烯蜂窝状二维材料C3N具有0.39 e V的间接带隙和较高的载流子迁移率,基于单层C3N的背栅场效应晶体管的电流开关比为5.5×1010,因此C3N是非常具有潜力的半导体材料。考虑到二维材料C3N的半导体性质和石墨烯的零带隙特点以及二者之间晶格失配度较低的优势,我们对沿着不同输运方向的C3N-Graphene横向异质结电荷输运性质进行了研究,研究表明输运沿着Armchair方向的异质结具有优异的整流性能。除此之外,施加电场和原子掺杂是可以调节C3N电学性质的有效方式,因此我们理论上探究了施加栅压和原子掺杂对C3N-Graphene横向异质结电荷输运性质的影响。本文我们利用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法对基于C3N-Graphene横向异质结的电荷输运性质展开了研究,研究内容和主要结论如下:1.不同界面类型和施加栅压对C3N-Graphene横向异质结电荷输运性质的影响为了设计出高稳定性和多功能的异质结器件,我们对影响横向异质结电荷输运性质的因素进行了研究。首先,我们设计了沿输运方向原子呈锯齿形排列的异质结（Z-C3N-G）和呈扶手椅形排列的异质结（A-C3N-G）。理论研究表明,由于界面类型不同,两种异质结表现出不同的电荷输运性质。相比于Z-C3N-G异质结,A-C3N-G异质结具有优异的整流性能。前者在零偏压下位于费米能级上方和下方的两个较大透射峰距离费米能级较近,使得正负偏压较小时两个透射峰开始进入偏压窗贡献电流,导致整流比较小。相比于前者,后者在零偏压下位于费米能级上方和下方的两个透射峰向远离费米能级的方向移动,尤其是费米能级上方透射峰的移动更加明显,导致正偏压下费米能级以上的透射峰不再进入偏压窗贡献电流,从而提高了整流比。进一步分析表明,形成A-C3N-G异质结对界面处石墨烯的电子态分布影响较大,导致了透射峰的分布相对于费米能级不对称。除此之外,我们理论上计算了施加栅压对Z-C3N-G异质结整流性能的影响。计算结果表明,在-15 V栅压的调控下异质结的整流比提高了三个数量级。进一步分析表明,对中心散射区的C3N施加适当的栅压可以明显调节这部分电子态的分布,导致透射峰在费米能级上下分布的不对称,进一步提高整流比。2.B原子掺杂浓度对C3N-Graphene横向异质结电荷输运性质的影响多项研究证明二维材料C3N的带隙随着B原子掺杂N原子以及掺杂浓度的变化而变化,因此B原子掺杂也会对C3N-Graphene横向异质结的电子结构和电荷输运性质有重要的影响。为探究B原子取代N原子对Z-C3N-G异质结器件整流性能的影响,我们分别对B原子掺杂浓度为0%,50%和100%的异质结进行了计算。结果发现,相比于未掺杂的异质结,掺杂浓度为100%时,异质结的整流比提高了四个数量级,并且整流方向发生反转。进一步分析表明,掺杂导致了费米能级上方的透射峰强度增强以及费米能级下方的透射峰距费米能级变远,使得正偏压下进入偏压窗贡献电流的透射峰强度增强,而在负偏压下几乎不再有透射峰进入偏压窗贡献电流,导致了整流比的提高。同时研究表明,对于这三类横向异质结,器件电荷输运性质是由器件中原子的Px轨道决定。这些输运机制的研究,为二维材料在纳米器件中的应用提供了思路。本论文一共由四章内容组成:第一章为绪论部分,简单介绍了二维材料的背景、二维材料电子性质的调控方法以及异质结的分类。第二章和第三章介绍了具体工作和理论结果。第二章研究了不同界面类型和施加栅压对C3N-Graphene横向异质结电荷输运性质的影响。第三章研究了B原子掺杂对C3N-Graphene横向异质结电荷输运性质的影响。第四章是对本文工作的总结以及对横向异质结未来发展的展望。