以石墨烯为代表的二维材料因其优异的光电性能而备受研究人员青睐,其中具有高载流子迁移率和可调禁带宽度的二维半导体材料更是研究和关注的焦点。过渡金属硫族化合物是二维半导体材料之中一颗闪耀的新星,在光电器件领域有着重要的应用。单层过渡金属硫族化合物半导体因其原子层厚度的结构特性,极其容易与其所处的衬底环境和大气环境发生作用,从而显著改变其基础光电性能。本论文选用机械剥离法制备的单层二硫化钨（ML-WS2）材料,利用光致发光（PL）光谱技术系统研究了原子层厚度的二维单层结构与其所依托衬底及所处大气环境的相互作用,探索了单层二硫化钨与衬底之间的热传导、载流子输运以及环境气氛吸附等行为的作用机制,主要内容如下:1、ML-WS2与衬底的热效应研究。532 nm激光高功率激发导致ML-WS2的PL光谱中出现新的激子发光峰（HX）,结合AFM表征和变功率PL发现HX发光峰的出现和ML-WS2与衬底的接触状态密切相关。通过对比分析真空环境下不同功率激发下的PL光谱,确定了 HX发光峰本质上是ML-WS2升温后的中性激子发光。通过建立单层WS2结构与衬底之间的热交换模型以及激光辐照引发的ML-WS2局域温度渐变模型,阐释了 ML-WS2与衬底之间的热交换机制,并基于ML-WS2中性激子发光峰对温度的依赖关系（dEex/dT=-0.4meV/℃）,估算出450μW功率激发下ML-WS2的局域温度可以达到213℃。2、ML-WS2与衬底间的载流子输运行为研究。大气环境下ML-WS2的PL光谱结果显示发光强度与激发功率之间存在异常的依赖关系,表现为一定激发光功率下光谱强度会突然降低。对比浸润ML-WS2的变功率PL光谱测试,发现了相似的发光强度异常变化规律。利用AFM测量发现激光辐照引发ML-WS2与衬底之间接触状态的改变,从而利用速率方程模型描述了稳态激发下ML-WS2中载流子的复合行为、与衬底之间的输运行为,阐释了 ML-WS2的光致发光强度与激发功率之间的异常依赖关系的物理本质。3、ML-WS2环境气氛吸附特性研究。大气环境下利用532 nm激光辐照单层二硫化钨发现PL光谱特征的显著变化,通过对比真空环境下激光辐照引发的光谱变化规律,确认了大气环境下ML-WS2对环境气氛的吸附行为,并利用AFM表征获得了 ML-WS2表面气氛吸附的直接证据。光生载流子诱发了 ML-WS2表面吸附分子的发生、扩散、边界堆积等过程,形成类似“火山口”形状的吸附物结构。表面吸附导致ML-WS2发光效率升高6.5倍。4、ML-WS2与其同质材料的相互作用研究。利用一定功率的532nm激光对双层WS2进行长时间辐照,实现了单层WS2的剥离,观察到的PL光谱从双层WS2的发光特征向单层WS2发光特征的转变。激光剥离的单层WS2和机械剥离的单层WS2在PL光谱特征上存在一定差别,归于两个单层WS2结构之间减弱的范德华力作用和纯净的层间环境。综上所述,本论文工作利用PL光谱技术研究了 WS2半导体材料与其周围环境的相互作用,借助激光辐照技术和AFM技术观察到了单层WS2与衬底之间热交换过程和载流子输运效应、在大气环境的吸附现象、与同质单层之间范德华力作用的改变。本论文的研究和发现加深了对二维WS2基础物性及其环境作用的认识,为二维半导体材料基础性能表征和二维半导体光电器件研究提供了重要的技术参考。