传统光电探测器由于优异的光电性能广泛应用于民用和军用领域,然而其制备工艺复杂,易脆,而且有毒和需要制冷机,导致生产成本很高,影响器件进一步广泛的应用。此外,这类材料与衬底存在一定的晶格位错,降低光电探测器的光电性能。近些年,二维半导体具备高迁移率、柔韧性、易构建的范德瓦尔斯异质结、宽谱和室温探测等特性,有可能弥补或改进传统光电探测在柔性光电子器件等领域的发展,获得科学工作者们的关注。但二维半导体在生长制备过程中,会非故意性对材料掺杂或者引入缺陷中心,从而诱导极高的自由载流子浓度,使二维半导体在零栅压状态下暗电流增大和响应速度变慢,降低了器件的探测性能。本论文主要围绕降低暗电流,提高器件探测率,光响应率和响应速度做了以下四个工作:1.浮栅存储结构二硫化钨光电晶体管的研制。普通二硫化钨光电探测器由于暗电流偏大,影响器件的探测率和光响应率。为了抑制器件的暗电流,制备了基于浮栅存储器结构光电晶体管。器件不仅展现出稳定的存储特性,而且展现出极其优良的光学性能。光电晶体管在存储状态下,器件的暗电流由擦除状态10^-8A降到10^-11 A,光生电流与暗电流的比值由几乎忽略不计提升到10³,大幅提升器件的探测率。同时我们研究光电晶体管在520 nm波段下的响应率和探测率,光电晶体管响应率和探测率分别达到了1090 A W^-1和3.5×10¹³ Jones,超过了大部分的二硫化钨光电探测器。此外,该器件的工作栅压为0 V和偏压为20 mV,具有能耗低的优点。并且在薄层二硫化钼上制备了和多层二硫化钨相同的浮栅存储结构,得到了类似的光电特性。这些结果表明,该工作对于制备和设计低暗电流、高响应率和探测率的二维半导体光电探测器提供了一条新的方案。2.二硫化钼垂直肖特基结光电探测器的研制。二硫化钼光电探测器由于暗电流很高,影响了器件的光电性能并且由于少子局域效应使器件的响应速度局限于毫秒。为了降低器件的暗电流和提高器件的响应速度,利用金与二硫化钼之间的肖特基结势垒抑制暗电流,从而使器件零偏压状态下的暗电流低至10^-1212 A,提高器件的探测率,达到10¹² Jones。此外,金与二硫化钼之间形成的内建电场,将加速光生电子和空穴快分离,并且较短的垂直导电沟道（<100 nm）减少了光生载流子在内建电场的漂移时间,增强器件的响应速度。从而使二硫化钼垂直肖特基结光电探测器响应速度达到了68μs,远高于大部分二硫化钼光电探测器。该工作为制备低暗电流、快响应速度和高探测率的光电器件提供了简单的方法。3.高性能黑磷红外光电探测器的研制。由于缺陷和空气的影响,黑磷红外探测器很难兼具高探测率和快的响应速度,并且暗电流偏高。为了提高器件的响应速度、响应率和降低器件暗电流,我们制备三明治结构金底电极-黑磷-氮化硼光电探测器。利用光电流mapping技术分析了器件的响应机理,器件有光伏模式和光导模式两种工作状态。在光导模式下,光生载流子由外加偏压驱动,器件的响应速度、光响应率和探测率分别为16μs、1.55 A W^-1和¹0⁸ Jones。该状态下器件的响应速度超过了大部分的黑磷红外探测器,并且响应率也在可接受的范围之内,但暗电流偏大（10^-55 A）影响了器件的探测率。在光伏模式下,光生载流子由黑磷与Au形成的垂直内建电场驱动,器件的响应速度、光响应率和探测率分别为68μs、0.319 A W^-1和¹0⁹ Jones。在该状态下光响应率有所下降,但器件的暗电流降至1 nA,提高了器件的探测率,辐射光的波长为1550 nm。此外,光伏模式下响应速度比光导型的慢,这是由于器件的响应速度主要由漂移速度决定,这也同样的证明黑磷的界面得到高质量的保护,由缺陷导致的光增益大幅度降低。4.高性能In₂O₃-WSe₂复合型光电晶体管的研制。为了降低器件的暗电流和扩展探测器的探测波长,提高器件的探测率和响应率。实验中制备了In₂O₃-WSe₂复合型光电晶体管。WSe₂作为吸收层,In₂O₃作为载流子的传输层。利用两者之间的功函数和带阶差,在界面处累积光生空穴形成光栅,从而调节In₂O₃导电率。与其它材料的光栅效应相比,该器件通过背栅降低器件的暗电流同时,可以增强两者内建电场的强度,从而进一步增强器件的探测率和光响应率。器件的暗电流可以到10^-1313 A¹0^-1414 A,在637 nm和940 nm的响应率和探测率分别为7.5×10⁵ A W^-1,4.17×10¹⁷ Jones和3.5×10⁴ A W^-1,1.95×10¹⁶ Jones。该结构为制备低暗电流、高响应率和探测率的复合型光电晶体管提供了一条新思路。