半导体纳米线以其独特的结构特征和新颖的物理特性成为当前半导体光电子领域的研究热点。InAs纳米线具有较窄的直接带隙和极高的电子迁移率,在高速光电子器件中有重要应用潜力。本论文的研究工作主要围绕InAs纳米线展开,重点研究了纯相InAs纳米线的可控生长以及基于InAs纳米线的新型光电器件的制备与应用。主要创新工作如下:(1)利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术进行了 InP衬底上金催化InAs纳米线的生长研究。结果表明生长温度和Ⅴ/Ⅲ比对InAs纳米线的晶体结构有显著影响。在生长温度为450 oC、Ⅴ/Ⅲ比为70的优化条件下,InAs纳米线在极宽的直径范围内(70～420 nm)均呈现纯纤锌矿(WZ)结构,显著增加了可实现的纤锌矿InAs纳米线的直径(一般小于100nm)。分析认为除了较优的生长条件,InP衬底对In原子的吸附作用导致实际Ⅴ/Ⅲ比增大是实现大直径范围WZ晶相InAs纳米线的重要原因(2)利用MOCVD技术开展了 InP衬底上InAs纳米线的自催化生长研究。发现表面扩散效应会影响催化液滴中In原子浓度的稳定性,导致自催化InAs纳米线中存在大量层错;同时,在一定的Ⅴ/Ⅲ比下,纳米线会发生扭结,扭结后的纳米线中层错明显减少甚至消失,晶体质量显著改善。(3)制备了基于单根InAs纳米线的顶栅/背栅型光电晶体管。器件最高电子迁移率为5790 Cm2/V·S。InAs纳米线光电晶体管使用纳米线外部的天然铟氧化层作为光诱导栅控层。在532 nm激光照射下,器件在低、高入射光强下分别表现出负、正光导特性,这是由光诱导栅控效应引起的纳米线芯、壳中电子迁移率差异导致的。通过对纳米线施加一个较高的负/正栅压,调制光诱导栅控层中的势垒高度,实现了随光强单调变化的纯正/负光响应。(4)利用InAs纳米线光电晶体管的光诱导栅控效应,模拟了神经突触对前级刺激的响应行为,制备了基于InAs纳米线的光子神经形态器件。InAs纳米线光电晶体管在532 nm激光照射下表现出负光响应以及持续的阻抗变化。通过器件在负光响应范围内的持续阻抗变化可以实现对神经形态行为的模拟。模拟主要包括突触可塑性的长期增强效应(LTP)与短期增强效应(STP)。随着刺激强度的增加,器件的突触特征特征由STP转变为LTP,实现了对突触可塑性的协同性的模拟。此外,通过模拟神经递质在突触间隙的传递行为,实现了对成对脉冲异化(PPF)行为的模拟。实验表明,器件的PPF指数随着刺激间隔时间的增加而减少,与生物突触中的行为完全一致。