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Mg2Si是一种间接带隙环境友好型半导体材料,在热电材料、电池材料、结构材料、复合材料等方面的研究较多。C、Mg和Si无毒无污染,地壳中含量丰富,表现出对环境友好和可持续发展特性。Mg2Si拥有0.6–0.8 e V的带隙宽度,在500 nm附近有超过10~5cm–1的高吸收系数。探测波长范围为400–1500 nm,能将现有硅光电探测器的光响应截止波长扩展到1100 nm以上,它有很大的潜力成为其他有毒有害高成本异质结光电探测器的替代品,用于可见光和近红外光探测。本文建立了Mg2Si/Si、Graphene/Mg2Si/Si、Multilayer Graphene（MLG）/Mg2Si/Si异质结光电探测器模型,研究了不同结构、厚度和掺杂浓度对光电探测器探测性质的影响。建立了MLG/Mg2Si/SiO2和MLG/Mg2Si/Al2O3异质结光电探测器模型并研究了它们的探测性质。采用磁控溅射方法和退火工艺制备了Mg2Si/Si异质结光电探测器;采用悬空自助法转移石墨烯的方法将少层石墨烯转移至Mg2Si/Si异质结基底上,制备了C/Mg2Si/Si异质结光电探测器;对Mg2Si/Si和C/Mg2Si/Si异质结光电探测器的探测性质进行了测试与分析。具体内容如下:（1）建立了Mg2Si/Si异质结光电探测器PN与PIN结构,计算了PN和PIN结构光电探测器的探测性质。结果表明:与PN结构相比,PIN结构的反向击穿电压、正向导通电压、响应度、外量子效率（EQE）、响应时间和回复时间得到提升,但暗电流、噪声等效功率（NEP）、探测率（D*）、开关比性能却变差。PN型的特点是暗电流低,但响应速度慢。PIN型的特点是较低的结电容能获取较快的响应,但暗电流会变大。探测器探测性质峰值波长分布在近红外区域适宜的仿真掺杂浓度与厚度为:Si和Mg2Si层掺杂浓度分别为1017cm–3和1016cm–3,Mg2Si层厚度为3μm。此时峰值响应度为0.69 A/W,峰值EQE为87%,峰值波长在1000 nm附近,属于近红外区域。探测器探测性质峰值波长分布在可见光区域适宜的仿真掺杂浓度与厚度为:Si和Mg2Si层掺杂浓度分别为1016cm–3和1017cm–3,Si和Mg2Si层厚度分别为300 nm和280 nm。此时峰值响应度为0.46 A/W,峰值EQE为93%,峰值波长在600 nm附近,属于可见光区域。厚度能够影响峰值波长的吸收位置,掺杂浓度能够影响势垒区的分布,从而影响光生载流子的有效分离。厚度和掺杂浓度这两种传统方法能够实现对Mg2Si/Si异质结光电探测器的探测性质的改性与调控。以上结果为Mg2Si/Si异质结光电探测器的制备提供了理论基础。（2）建立了Graphene/Mg2Si/Si和MLG/Mg2Si/Si异质结光电探测器模型,对它们的探测性质进行了研究。结果表明:与Mg2Si/Si异质结光电探测器相比,Graphene/Mg2Si/Si和MLG/Mg2Si/Si异质结光电探测器的探测性质得到显著增强,其中MLG/Mg2Si/Si异质结峰值响应度和EQE分别为0.84 A/W和107%。MLG/Mg2Si界面处形成高的内置电场,有利于光生载流子分离,从而提高了异质结光电探测器的光电流、响应度和EQE。结果表明引入石墨烯来调控Mg2Si/Si异质结光电探测器的探测性质的设计方法是可行的。建立了MLG/Mg2Si/SiO2和MLG/Mg2Si/Al2O3异质结光电探测器模型并研究了它们的探测性质。与MLG/Mg2Si/Si异质结光电探测器相比,MLG/Mg2Si/SiO2和MLG/Mg2Si/Al2O3异质结光电探测器的响应度和EQE表现不佳,Mg2Si/SiO2和Mg2Si/Al2O3界面处产生了高势垒和深势阱,不利于光生载流子被有效分离,结果表明采用Si衬底来制备探测器是较为适宜的选择。以上结果为C/Mg2Si/Si异质结光电探测器的制备提供了理论基础。（3）经过优化改进异质结溅射结构,采用磁控溅射方法和退火工艺制备了p–Mg2Si/n–Si异质结光电探测器。得到其光谱响应的光谱范围为700–1500 nm,峰值响应度、EQE、NEP、D*、开关比、暗电流、光电流分别为14.76 m W/A、1.6%、1.36×10–12 WHz–1/2、0.74×1010 Jones、2341、1.26 n A、2.95μA。与改进前异质结相比,改进后异质结峰值响应度和EQE分别有79倍和70的提升。n–Mg2Si/n–Si结构转变成p–Mg2Si/n–Si结构后,Mg2Si/Si界面处能带向下弯曲形成势垒,有利于光生载流子被有效分离和转移,探测性质得到了提升。结果表明Mg2Si/Si异质结光电探测器实验制备技术是可行的。（4）采用悬空自助法转移石墨烯的方法将少层石墨烯转移到Mg2Si/Si异质结基底上,制备了C/Mg2Si/Si异质结光电探测器。其光谱响应的光谱范围为700–1500 nm,峰值响应度、EQE、NEP、D*、开关比、暗电流、光电流分别为23.7m A/W、2.75%、8.13×10–13WHz–1/2、0.12×1011Jones、4086、1.16 n A、4.74μA。与Mg2Si/Si异质结光电探测性质相比,C/Mg2Si/Si异质结光电探测器的响应度、EQE、NEP、D*、开关比、暗电流、光电流增强比率分别为60.56%、71.88%、40.22%、62.16%、74.54%、8%和60.67%。石墨烯具有调谐的费米能级以及C/Mg2Si界面处高的内置电场,有助于光生载流子被有效分离;随着石墨烯层数增加,异质结对光的吸收会增强,有助于光电流、响应度、EQE的提升;暗电流的减小,有助于NEP和D*的改善。结果表明引入石墨烯来调控Mg2Si/Si异质结光电探测器的探测性质的制备技术是可行的。