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近年来,基于石墨烯,过渡族金属硫化物等二维层状材料在光电器件应用中的研究备受关注,新型二维材料表现出的诸多优异的光电特性使它们在下一代微纳电子领域的有着极大的应用潜力。本文主要研究提高基于石墨烯和硫化钼的光电探测器件的性能的途径,通过在原有器件中加入另一种合适的纳米材料,锑化铋纳米片和石墨烯量子点,制备新型高效的异质结构器件：石墨烯—锑化铋异质结器件,硫化钼—石墨烯量子点其异质结器件。1.宽波段高效石墨烯—锑化铋异质结光电探测器以往研究所报道的纯石墨烯光电探测器有着不可忽略的缺陷,由于石墨烯自身零带隙的特点,使得器件光电转换效率很低(光响应率一般在10-3-10-2 AW-1的水平)。而我们的研究找到了一种新途径,将石墨烯与另外一种小带隙的纳米材料(锑化铋)结合,利用石墨烯与锑化铋形成的范德瓦尔斯异质结中高效的光生载流子产生,分离和传输机制,提高器件的光电响应性能。我们制备出的石墨烯—锑化铋异质结器件的光电响应率相比与纯石墨烯器件提升了近1000倍(最高响应率为35 AW-1)。不仅如此,我们的异质结器件还保留石墨烯器件原有的超快探测(响应速度快)和宽波段探测的优势(响应光谱范围从紫外到通讯波段)。2.基于化学气相沉积法生长的大面积硫化钼薄膜的光电探测器我们利用化学气相沉积法制备出的大面积硫化钼(多层)薄膜成功实现了高效光电探测,我们制备出的硫化钼光电晶体管器件响应率高达800 AW-1,与现有报道的基于机械剥离法制备的单层硫化钼薄膜器件的最高水平相当,证明我们已经可以制备出大面积集成的高效微纳光探测器。但是由于生长过程中引入的缺陷态,电子束缚态和杂质等,导致载流子寿命过长,从而使硫化钼探测器响应时间过长,无法实现快速光探测。3.石墨烯量子点增强型的高响应率硫化钼光电探测器为了解决硫化钼器件响应速度过慢的问题,并进一步提升其光电响应性能。我们引入了一种新型纳米材料—石墨烯量子点,这种材料有着超强的光吸收和光致发光性能,并且载流子寿命较短,可实现高效的光电转换。利用石墨烯量子点溶液对硫化钼薄膜进行表面修饰,我们也可以得到与石墨烯—锑化铋异质结类似的范德瓦尔斯异质结复合材料。我们成功运用硫化钼—石墨烯量子点器件实现了高效光探测,不仅将原有硫化钼器件的响应速度提高了近300倍,并且达到更高的响应率(1.6 X104 AW-1),另外器件的光电导增益也有107。