作为准一维直接带隙半导体材料,单壁碳纳米管（single-wall carbon nanotube,SWCNT）拥有极高的载流子迁移率、光吸收效率以及随手性结构可调的带隙,是制备高性能电子和光电子器件的理想材料。目前碳纳米管在电子、光电子器件应用方面的研究主要集中于单根碳纳米管或混合手性碳纳米管薄膜。基于单根碳纳米管的器件由于光、电信号较弱很难准确的表征其手性结构和性能,而对于混合结构的碳纳米管薄膜,由于手性结构的多样性导致其器件性能难以预测,器件间的性能差异较大,严重阻碍了碳纳米管的性质和应用研究。本论文主要基于凝胶色谱法分离制备的单一手性碳纳米管,发展晶圆级均匀碳纳米管薄膜快速制备技术,构建不同手性结构的半导体碳纳米管薄膜场效应晶体管（thin film transistor,TFT）,研究了碳纳米管电学性能与其手性结构的依存关系。系统研究了提高碳纳米管薄膜光探测器件性能的途径。这些工作为半导体碳纳米管在电子、光电子器件领域的应用奠定了基础。本论文研究内容包括:发展了碱性小分子调控技术,通过增强分散于水溶液中碳纳米管和氨基化衬底间的相互作用,实现了晶圆级均匀碳纳米管薄膜的快速制备。通过在表面活性剂分散的碳纳米管水溶液中引入碱性小分子如Na HCO3或Na OH来减少碳纳米管表面包裹的表面活性剂分子的密度,同时抑制表面活性剂分子在氨基化器件衬底上的吸附,从而实现了碳纳米管与器件衬底之间吸附作用的增强。利用该技术并增加碳纳米管溶液浓度可以实现1秒内快速制备密度达30 tubes/μm的晶圆面积碳纳米管薄膜,随着沉积时间的增加,密度进一步增加。形貌、光学、电学以及光电性能的表征验证了沉积制备的半导体碳纳米管薄膜在晶圆尺度范围内的密度和性能均一性,采用单一手性碳纳米管进一步提升了薄膜电学性能的均一性。而且该制备技术适用于各种柔性和刚性衬底,有效的拓展了碳纳米管的应用范围。该工作为研究手性对碳纳米管薄膜的电学性能的影响以及碳纳米管在电子和光电集成电路上的应用奠定了基础。在均匀碳纳米管薄膜制备的基础上,研究了碳纳米管密度对TFT性能的影响。发现随着密度增加,TFT的导电性能与开关性能相互制衡,因此选取了合适的密度进一步研究了栅极结构和介电层材料对碳纳米管TFT性能的影响。我们后续根据不同的研究与应用需求选取不同栅极结构TFT。采用顶栅结构薄膜晶体管研究11种单一手性碳纳米管电学性能与其手性结构的依存关系。研究结果表明,碳纳米管薄膜晶体管性能不仅与碳纳米管的直径相关,还与碳纳米管的手性角（chiral angle）以及类型（Type）存在密切的关系。具体而言,对于Type I碳纳米管,同一家族（Family）的碳纳米管随手性角增加,TFT性能变好,而对于Type II碳纳米管,同一Family的碳纳米管随手性角增加,TFT性能变差。通过分析碳纳米管的本征带隙,与金属电极的接触势垒高度,网络薄膜内管间搭接势垒高度以及管内本征输运性质,解释了碳纳米管手性结构对TFT性能的影响规律及机制。基于高密度均匀半导体碳纳米管薄膜,我们进一步构建了复合薄膜光电流探测器件和p-n结光伏探测器件。相较于纯碳纳米管光电流探测器件,通过与C60复合构建的复合薄膜光电流探测器件可以有效提升器件的响应率以及拓展器件在低工作电压下的应用。提升的幅度与入射光波长相关,并发现该复合薄膜器件在短波长激光和高源漏电压下表现出奇特的负光电导现象,因此该器件可以作为一种多波段高灵敏度的光探测器件。通过对碳纳米管薄膜晶体管的沟道进行分段掺杂,可以在沟道中形成p-n异质结从而构建光伏探测器件,其光电压在较弱的白光下可达80 m V,光电压响应率超过106V/W,并得益于碳纳米管薄膜高均匀特性,光伏探测器件展示出非常好的级联性能。将级联光伏探测器件与离子液体作介电层的侧栅晶体管相连接,可以构建一个简单的光电集成单元,能够实现信号转换与放大的功能,同时入射光可作为光栅极实现对晶体管源漏电流三个数量级的调节。