在过去的30年里，随着纳米科学与技术的飞速发展，表面增强拉曼散射光谱(Surface-Enhanced Raman Scattering(SERS)spectroscopy)技术也经历了一个快速发展的阶段。由于其极高的灵敏度，在表面/界面科学、光谱学、生化检测等领域引起了广泛的关注。目前虽然关于SERS效应的增强机制仍然众说纷纭，但是已经逐步形成基于物理增强机制和化学增强机制来解释相关实验现象。而高性能SERS增强基底的研究也是本领域的一个研究热点。本文即从SERS效应的机理入手，分别从物理增强机制和化学增强机制两个角度对半导体纳米结构的SERS增强机理进行了探索，特别是针对化学增强机制，开展了深入理论研究，并通过对多种染料等的SERS实验研究，验证了相关理论研究结果。同时，基于理论研究结果，我们设计并制备出了一系列具有SERS效应的一维半导体纳米结构活性基底。通过对染料分子以及药物分子的检测实验，初步实现了一维半导体纳米结构SERS增强基底与拉曼光谱仪联用构筑具有高灵敏度、高稳定性、以及良好选择性的新型化学传感器。主要工作概括如下：　　 ⑴基于物理增强机制，利用贵金属Ag纳米颗粒在可见光区的强表面等离子体共振效应所产生的显著SERS现象，构筑基于一维Si纳米线阵列的化学传感器。我们以化学刻蚀得到的一维Si纳米线阵列作为基底，利用其表面经氢氟酸处理后修饰上的大量具有强还原能力的Si-H键，从AgNO3溶液中还原制备出Ag纳米颗粒。实验发现：通过调节AgNO3溶液浓度以及反应时间，可以在Si纳米线阵列顶端制备出尺寸可控、粒径均一的网状Ag纳米颗粒薄膜。我们以罗丹明6G(R6G)分子作为探针分子，通过对比实验，确定了在所用激光(波长为532nm)下，具有最大增强效果的Ag纳米颗粒的平均粒径尺寸。通过对该基底稳定性以及灵敏度的测试，我们发现所制备的SERS活性基底具有极高的灵敏度和良好的稳定性，甚至可以检测到溶液中浓度为10-17M的R6G分子，在浓度为10-8M～10-17M范围内，SERS信号的相对标准偏差在12.8％以内。最后，我们联用该基底与拉曼光谱仪构筑成为基于SERS效应的化学传感器，并应用该传感器实现了对溶液中一种常见的有机氮农药-西维因的微量检测，检测限可以达到10-7M。并且，通过检测溶液中不同浓度的西维因Raman特征峰强度，我们绘制出了浓度与Raman特征峰强度的定标曲线。结合定标曲线应用该SERS活性基底可实现对溶液中未知浓度的西维因含量的检测，从而初步实现了该传感器在农药残留检测方面的应用。　　 ⑵基于光诱导电荷转移(photo-induced charge transfer，PICT)机制，我们建立了半导体-分子体系的SERS模型。研究表明：当半导体价带、导带能级与吸附在其表面的探针分子的HOMO、LUMO能级匹配时，在合适的入射光激发下可以发生热力学允许的PICT过程。基于量子力学二阶微扰理论，体系中能级接近的量子态会产生耦合作用，从而在PICT过程中将分子的极化率张量会极大地放大，这会使得分子的拉曼散射截面显著增加，并最终导致SERS效应。通过计算我们给出了被放大的分子极化率张量的解析解。　　 ⑶基于所建立的半导体-分子体系SERS模型，我们以表面修饰了大量H键的Si纳米线阵列(H-SiNWs)、Ge纳米管阵列(H-GeNTs)作为检测基底，分别以与H-SiNWs、H-GeNTs基底导带和价带能级匹配的R6G、联吡啶钌(N719)、4氨基硫酚(PATP)作为探针分子进行了SERS检测。实验结果表明：在合适的激发光条件下，能级匹配的探针分子与H-SiNWs、H-GeNTs基底间可以发生热力学允许的PICT过程，从而清晰地观察到了这三种探针分子的SERS信号，以及荧光分子(R6G、N719分子)的荧光猝灭现象。分析表明，H-SiNWs、H-GeNTs基底表面大量Si-H键形成的电子水槽效应对PICT过程产生极大的促进作用。此外，我们对探针分子的表面修饰方式也进行了研究，通过对比实验发现，化学修饰比物理修饰探针分子更有利于体系中的PICT过程，我们甚至观察到了化学修饰下的PATP分子的b2模。我们的研究结果首次证明了Ⅳ族半导体Si、Ge纳米结构存在SERS活性。　　 ⑷应用所提出的半导体-分子体系SERS模型，我们利用ZnO纳米棒阵列(ZnONRs)作为检测基底，通过对探针分子4巯基吡啶(4-MPY)、PATP的SERS检测，确定了ZnONRs-分子体系的SERS选择定则，即，只有HOMO、LUMO能级与ZnONRs基底匹配的目标分子，在激发光下可以发生热力学容许的。PICT过程，才会在ZnONRs基底表面产生显著的SERS效应。对于能级与ZnONRs基底匹配的4-MPY分子，我们清晰地检测到显著的SERS信号，在吸收谱上甚至观察到了有效的PICT过程所产生的新的吸收峰；而对于能级与ZnONRs基底不匹配的PATP分子，则观察不到SERS信号。应用该选择定制，我们利于ZnONRs基底实现了对溶液中微量的N719分子(含重金属钌的有机污染物)和4-乙酰氨基酚分子(常用的解热阵痛药物)的定量检测。并且观察到了ZnONRs基底对N719分子的荧光猝灭现象。