纳米材料是纳米科技领域中富有活力、研究内容十分丰富的分支,特别在纳米光子器件、电子器件和光电子器件领域中有着广泛的应用前景。本论文主要研究了CdS、CdSe纳米线(带)的可控生长与掺杂,以获得不同形貌和不同掺杂浓度的CdS、CdSe纳米线(带),并在此基础上设计、构建高性能的单根纳米线(带)光电子器件,包括有光探测器、太阳能电池、发光二极管等。论文取得的主要创新性成果如下:　　纳米材料的可控生长、掺杂和操纵　　1、非故意掺杂的半导体材料通常有较高的电阻率,这将限制其在电子器件和光电子器件方面的应用。论文通过一种富Cd环境化学气相沉积方法生长高质量刀型CdS、CdSe纳米线(带),通过控制Cd源的温度,制备的CdS、CdSe纳米线(带)具有不同的载流子浓度可以满足不同的器件需求。在生长过程中富Cd环境下产生的S和Se空位将作为浅施主分别对CdS、CdSe纳米线(带)进行掺杂。而且,光学表征显示其光谱只含有近带边发射的发光峰,没有与缺陷相关的发光锋。　　2、在生长过程中有效的调控纳米材料的组分、晶体结构以及形貌总是能给纳米材料研究开拓新的方向。我们通过可控的化学气相沉积方法首次合成了带有多个折角的CdTe纳米线和CdSe/SiO2纳米光缆。这种新颖的多折角纳米线和有包层的纳米光缆可以分别被用来制备多端纳米光电子器件和光波导器件。　　3、石墨烯由于其独特的光学和电学性质,使之在光电子器件方面有广泛的应用前景。本文发展了一种利用自制的纳米光纤精确定位转移图形化石墨烯的方法,这种转移方法具有节省石墨烯、免刻蚀、目标衬底普适性好等优点。之后,本文发明了一种简单的大规模图形化石墨烯的方法,这种方法通过电子束曝光或紫外曝光结合剥离工艺图形化石墨烯。除了以上提到的优点之外,这种图形化石墨烯的方法还具有高的图形化精度和对准精度、与传统硅微加工工艺兼容和可以应用于石墨烯基器件阵列等优点。　　纳米光子与纳米电子器件　　1、半导体纳米光缆是制作耐用、受环境影响小的纳米激光器很好的候选材料。本文通过解理CdSe/SiO2纳米光缆做成一个法布里-帕罗腔,首次报道了室温CdSe/SiO2纳米光缆的光泵激光特性。本文通过倏逝波耦合方法有利于收集从纳米光缆端面以小角度出射的光。通过有限元法模拟了电磁场在光学谐振腔内外的分布。理论模拟和实验数据同时证明光子模式的局域同纳米光缆的内核直径有很大的关系。模拟结果还显示产生激射所需的最小的内核直径是同材料和器件结构相关的。　　2、在富Cd环境下通过化学气相沉积方法合成超宽单晶n型CdS纳米带,合成的纳米带厚度为40-200 nm,宽度为10-300μm,长度可以到几个毫米。基于此,首次制备了单根超宽CdS纳米带薄膜晶体管,沟道方向沿着纳米带的宽度。制备的纳米薄膜晶体管开关比约为1.7×109,峰值跨导约为14.1μS,据我们所知,这些数据在当时报道的纳米薄膜晶体管中是最高的。　　纳米光电子器件　　1、首次研究了直的和带折角的CdTe纳米线光探测器的光响应特性。器件具有高的光电流开关比(＞104),高的电流响应度(～19.2 A/W),快的响应时间(＜0.3 s),且没有衰减拖尾现象。这些基于直的和带折角的CdTe纳米线光响应器件,可能会在自下而上的光电集成系统中有潜在的应用。　　2、首次报道了单根CdS纳米带金属半导体场效应管高性能的光探测器。当门电压接近金属半导体场效应管在光辐照下的阈值电压时,单根纳米带金属半导体场效应管光探测器表现出优秀的光响应性能:其光响应开关比约为2.7×106,电流响应度约为2.0×102A/W,光电流增益约为5.2×102,上升时间和恢复时间分别约为137和379μs。提出的构建高性能金属半导体场效应管光探测器的原理具有普适意义,可以推广应用于其它的一维纳米材料。　　3、单根纳米线(带)太阳能电池可以作为电源在纳米光电集成系统中有潜在的应用,从而受到了广泛的关注。制备肖特基结具有材料普适性好、成本低、制作工艺简单等优点,是除p-n结之外实现光电转换的另一种选择。首次在单根CdS纳米带上制备多个肖特基结光伏器件单元。用Au同CdS纳米带形成肖特基接触,In/Au同CdS纳米带形成欧姆接触,肖特基结光伏器件单元具有明显的光伏行为。开路电压(Voc)约为0.16 V,短路电流(Isc)约为23.8 pA,最大输出功率(Pmax)约为1.6 pW,填充因子(FF)约为42％。　　4、提出了一种5 nm Au/石墨烯的复合电极与CdS纳米线(带)形成肖特基接触,制备了高性能的单根CdS纳米线(带)肖特基结太阳能电池。复合电极具有透过率高、串联电阻小的优点。制备的太阳能电池具有明显的光伏行为。Voc约为0.15 V,Isc约为275.0 pA,太阳能转换效率(η)约为1.65％。复合电极的概念和复合电极肖特基结电池的结构都可以很容易借鉴到其它的金属和半导体材料上,有广泛的应用前景。　　5、首次制备了CdSe纳米带/石墨烯肖特基结太阳能电池。制作的太阳能电池不需要借助辅助的金属层,在柔性器件方面有广泛的应用前景。制备的太阳能电池有明显的光伏行为。Voc约为0.51 V,短路电流密度(Jsc)约为5.75 mA/cm-2,η约为1.25％。　　6、采用富Cd环境下生长得到的超宽cdS纳米带,制备了具有顶电极结构的CdS纳米带/p+-Si异质结发光二极管。由于超宽纳米带的形貌特征,顶电极可直接制作在异质结上方,不需要制作辅助的绝缘介质,工艺可靠。这种顶电极结构的发光二极管具有大的有效注入面积和大的注入电流,有利于实现高效率电致发光甚至激光。本文制备的cds纳米带/p+-Si异质结发光二极管室温光谱显示只有一个近CdS带边峰的(～507.7 nm)发光峰,且半高宽只有约14 nm。　　7、采用多种纳米线,首次报道了的石墨烯纳米带/半导体纳米线异质结发光二极管。在器件结构中,半导体纳米线和石墨烯纳米带面对面接触,这样将增加有效电流注入面积、减小串联电阻,有利于实现高效率的电致发光。在正向偏压下,发光二极管实现从紫外(380 nm)到绿(513 nm)到红(705 nm)的光谱发射,所发射的光谱主要由其中包含的半导体纳米线决定。