光电探测器作为将光信号转化为电信号的器件,在科技、生产和日常生活中发挥着重要作用。随着摩尔定律的不断推进,器件的集成度越来越高,发展尺寸更小、性能更优、调控更智能的下一代光电探测器件成为人们越来越迫切的需求。2004年出现的以正六边形为基本结构单元的单层碳原子,即石墨烯,由于其具备二维结构、超高迁移率、超宽吸收谱和简单可控等性质,已经被认为是最有希望的下一代光电子材料,具有很大的理论研究价值和实际应用价值。但由于石墨烯的光吸收率低和载流子寿命短,单纯以石墨烯为响应材料的器件响应度都很低。近年来,为了提高石墨烯的光吸收率,研究人员提出了多种解决方案。其中,以石墨烯为基构建纳米复合结构器件,在响应度提升、响应速度加快、响应波段展宽上展现出了良好的潜力,现已成为开发新型石墨烯基光电响应器件的重要方向。目前,石墨烯基复合器件涉及到的复合用材料较多,所用到的结构设计也较为多样,但普遍难以兼顾高响应度、快响应速度和宽响应波段的性能,而且对光电响应的简单有效调控缺乏足够的研究。为此,还需要更多的努力投入到小尺寸、高性能、可调控的石墨烯基复合光电探测器的研究上。本论文基于石墨烯的良好性能,以改进结构、增强效应、复合新材为手段,以硅材、金纳米膜、超离子导体膜、量子点为材料,分别制备了“金/石墨烯/硅”纳米复合结构器件、“超离子导体Rb Ag4I5/石墨烯”纳米复合结构光晶体管器件和“铟镓合金量子点/石墨烯”纳米复合结构器件,并系统研究了三种复合体系的光电响应性能和内在物理机制,使光电探测在增强吸收、提升光电响应、增加可控性等方面取得较大进展。实验上,我们成功制备了三种复合结构器件,实现从紫外光到红外光的宽波段探测,响应度高、响应速度快,而且借助于改变激光功率或栅压在复合器件上实现了对光电流极性与幅值的调控;理论上,通过数学建模和计算,分别对三种结构存在的增强和调控效应进行分析,提出并验证了载流子密度与迁移率的协同作用机制、电子离子导体相互作用的栅压调控机制以及量子点多能级结构的增强机制,成功解释了实验现象并与实验数据相吻合。本论文设计并制备的新型石墨烯基纳米复合光电器件,一方面,展现了良好的光电探测性能,有相当的应用价值和潜力,另一方面,也为石墨烯基光电探测器件的进一步发展提供了新的参考和思路。