长期以来Si在半导体应用中占据主要地位,但也面临着材料可扩展性和开发潜力的局限,另外随着芯片尺寸逐渐缩小,可能逼近摩尔定律极限,所以人们越来越关注新材料、新工艺、低能耗等半导体器件的研究。Ga203作为新一代半导体,有着更宽的禁带宽度,更高的临界击穿电场强度,并且使用传统晶体生长方法即可获得低成本、大尺寸、高质量的单晶衬底,已在肖特基二极管和场效应晶体管等器件制备中有着出色的表现,所以有望在未来的光电子器件中发挥更大的潜能。肖特基势垒是评估金属-半导体界面电荷传输效率的重要标志,低肖特基势垒的接触界面意味着较低的接触电阻和能耗,是制备性能优异的Ga203/金属接触的微电子器件的关键。然而,目前科研人员对Ga203/金属界面的实验和理论研究均在探索当中,尤其是理论研究非常有限。此外,已有一些实验表明石墨烯、BN等单原子夹层可有效降低金属-半导体间的肖特基势垒,但是缺乏对Ga203夹层结构的相关报道。在本课题中,我们主要研究了 β-Ga203(100)与不同金属界面的肖特基势垒,以及BN插层对肖特基势垒的影响。另外,本文还开展了β-(Alx)Ga1-x)2O3合金体系的研究。具体的研究内容及结果如下:(1)Ga203与不同金属界面的肖特基势垒分析本论文采用第一性原理方法研究了 Ga203与Mg、Ni、Pd、Cu和Pt金属界面的肖特基势垒,通过分层局域态密度和波函数验证的方法计算得出Ga203与Mg界面具有最低的肖特基势垒(0.23 eV),明显低于其他四种金属界面的肖特基势垒高度(1.06～1.39 eV),并且分析了界面结构、金属诱导带隙态以及金属功函数对肖特基势垒的影响,结果表明Ga203并不受金属功函数的明显调控,这是由于金属诱导带隙态使费米能级钉扎的结果。计算了 Ga203/金属界面的隧穿势垒和隧穿概率,结果显示Mg界面具有较高的隧穿概率,显示了较好的隧穿传输效率。(2)BN插层对Ga203肖特基势垒的影响我们研究了单层h-BN插层对Ga203界面肖特基势垒的影响,结果显示BN层插入对肖特基势垒有明显的调控作用。对于Ga203/Au界面,BN插入可以明显降低肖特基势垒,形成欧姆接触;而对于近欧姆接触的Ga203/Mg体系则增加了肖特基势垒高度,但是隧穿势垒消失,电子的隧穿传输性能增加。两者的局域态密度均显示BN层插入可以有效阻止界面的金属诱导带隙态的产生,从而影响了肖特基势垒结果。(3)(AlxGa1-x)203合金的研究研究了(AlxGa1-x)203合金在不同掺杂浓度下单斜相和刚玉相的稳定性,使用特殊准随机结构(SQS)方法模拟了(AlxGa1-x)2O3无序合金,获得了合金从单斜相到刚玉相的相变点,并计算了不同浓度下(AlxGa1-x)2O3合金的带隙变化。以上获得的计算结果均和已有报道的实验结果相吻合,通过这些结果和讨论,我们可以对Ga203与金属界面肖特基势垒的理论机制有进一步的理解,也对Ga203电子器件的设计和开发提供重要的理论依据和指导。