随着信息技术的飞速发展，器件尺寸不断缩小，处理器运行产生的热量难以消除，传统的半导体技术已接近物理学极限。因此寻找可以替代半导体硅的新材料已成为当务之急。二维(2D)材料具有丰富的物理性质，是下一代电子器件的理想潜在材料。层状化合物由于层间通过极弱的vdW力结合，容易通过机械剥离方法得到二维材料，近年来受到了广泛关注。本论文所研究的MoO3是一种具有本征带隙和高介电常数的层状半导体材料，储量丰富且具有可调的电子性质和光学性质，在电子和光电子器件等方面具有广阔的应用前景。本论文研究了层状三氧化钼及其少层结构的几何结构、电子结构、光学性质和载流子迁移率，并深入分析了其微观机理。具体包括:　　(1)运用第一性原理计算方法，使用了包括optB88-vdW和HSE06等高阶泛函，对比研究了正交相(α-MoO3)和单斜相(MoO3-Ⅱ)两种层状三氧化钼，详细给出了两种层状MoO3化合物的结构、剥离能、电子结构、光学性质以及带边。研究发现，PBE泛函高估了层间距并且严重低估了带隙，使用非局域的optB88-vdW能合理预测晶体结构，HSE06泛函能给出与实验值一致的带隙。optB88-vdW泛函计算发现，体系具有较小的剥离能，表明单层MoO3可以很容易地从块状晶体中剥离出来。我们发现，层状MoO3的电子结构表现出典型的2d特征，平面内的原子轨道支配着价带项(VBM)和导带底(CBM)的电子态。另外，我们还发现层状MoO3在紫外区域表现出较高的光吸收及较强的各向异性行为，这可以通过VBM附近的电子态分布来理解。此外，我们也通过禁带中心近似来估计这两个结构的带边，所得到的结果与紫外和反向光电子能谱实验很好地吻合。　　(2)具有高载流子迁移率和优异稳定性的新型二维半导体是发展下一代高速和低功耗纳米电子器件的基础。由于储量丰厚，具有固有带隙和化学性质稳定等优势，金属氧化物最近也被建议为潜在的电子材料。然而，它们的载流子迁移率通常在几十平方厘米每伏每秒的数量级上，远低于常用硅的载流子迁移率。通过第一性原理计算和形变势理论，我们预测了少层MoO3是一种化学性质稳定的宽带隙半导体，电子和空穴的声学声子载流子迁移率大于3000 cm2 V-1s-1。这使得少层MoO3有望应用于未来的电子和空穴传输应用。此外，我们还发现载流子迁移率在平面内具有较大的各向异性，其比值达到约20-30倍。进一步的分析表明，体系独特的电荷密度分布导致了弹性模量和形变势具有强烈的方向依赖性。而弹性模量和形变势各向异性的共同作用使得少层MoO3不仅具有高迁移率，同时也表现出较强的传输各向异性行为。我们的研究结果不仅解释了少层MoO3系统中观察到的高载流子迁移率，而且也揭示了载流子传输方向对器件性能的重要性。