作为新型的二维层状材料,薄层MoS2具有带隙可调(1.3-1.8 eV),迁移率高(～500 cm2V-1s-1)的特性,以MoS2材料为基础的光电器件近年来受到广泛关注。然而,平面薄层MoS2由于厚度较薄,导致光吸收性能较差,限制了其在光电领域的应用。针对以上问题,本文利用阵列化的ZnO纳米结构作为薄层MoS2的模板,构筑了多种三维MoS2结构,并利用阵列结构的陷光作用提高了薄层MoS2异质结光电探测器的光电性能。主要研究内容如下:(1)ZnO纳米阵列模板的制备。利用电子束曝光的方法在溅射有ZnO籽晶层的氧化铝基底上制备了阵列化的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模板,在该模板上利用水热合成法合成了规则排列的铅笔状ZnO纳米柱阵列。详细分析了 ZnO纳米柱阵列的形成机理并通过控制实验条件实现了 ZnO阵列高度与间距的调控。此外,我们使用硅基底实现了放射状ZnO阵列的合成。通过透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱等表征手段证明了所制备的ZnO纳米结构具有很高的结晶质量。(2)以ZnO纳米阵列为模板制备具有三维结构的薄层MoS2。利用磁控溅射法制备MoS2薄膜,通过改变溅射的参数能够实现MoS2薄膜形貌的调控,证明在特定溅射条件下,MoS2薄膜能分别形成层状和站立状两种结构。同样的规律也适用于ZnO阵列表面溅射得到的MoS2薄膜。我们对壳层厚度为6 nm的ZnO-MoS2核壳结构进行了表征,证明了 MoS2薄膜的良好结晶质量和层状特性。此外,通过旋胶、镀膜、去胶三步法,我们获得了具有良好区域选择性的ZnO-三维棋盘波浪状MoS2薄膜复合结构。(3)三维ZNO-MoS2阵列结构的光电应用。通过时域有限差分法(FDTD)对ZnO-MoS2核壳结构进行了光学模拟,证明了纳米阵列结构的陷光效应极大提高了薄层MoS2的吸光能力。此外,我们制备了 ZnO-MoS2核壳阵列的光电探测器,器件从紫外(UV)到近红外(NIR)光范围内均有明显响应。与平面器件相比,808 nm激光照射下ZnO-MoS2核壳阵列器件的光电流提高了 60倍。该结论证明了利用三维结构作为陷光模板能够有效地增强薄层MoS2的光吸收并显著提升MoS2异质结光电探测器的性能。