二维材料具有优异的电学与光电性能,近年来受到研究者们的广泛关注。高κ介电常数的超薄栅介质可进一步缩小器件尺寸以及降低器件功耗,使得二维材料能够在集成电路领域得到实际应用。本论文主要利用原子层沉积技术（ALD）,结合二维材料的表面特性,着重研究了高κ介电层在石墨烯和黑磷（BP）上的生长机理,以及相关超薄栅电学器件的栅控性能。此外,还探究了Bi2O2Se光电探测器的光电响应机制,并对其栅控光电特性进行了初步探索。论文主要研究内容如下:（1）探究了Al种子层辅助石墨烯生长高κ电介质的机理,并制备出性能优良的顶栅石墨烯场效应晶体管（FET）。通过原子力显微表征和扫描电子显微表征,发现Al种子层预处理石墨烯后,可以在石墨烯表面引入利于ALD生长的成核位点,从而得到粗糙度仅为0.32 nm的致密Al2O3介电层,并且其相对介电常数可以达到6.5,薄顶栅漏电流控制在1.6 p A/μm~2。拉曼结果表明石墨烯在Al种子层处理后并没有出现缺陷峰（D峰）,说明此表面预处理方法没有对材料造成损伤。此外,制备的石墨烯顶栅FET还展示出良好的迁移率～6200 cm~2V-1s-1和高跨导～117μS。（2）提出了一种制备高κ背栅衬底的方法,得到了性能优良的高κ背栅FET。利用ALD在纯硅上制备了70 nm Al2O3高κ介电层,其表面粗糙度仅为0.25 nm,漏电流控制在79 n A/mm~2,并且相对介电常数可以达到9.2。基于Al2O3/Si衬底,通过定点转移法制备了两种典型的二维材料FET（石墨烯以及WS2）,并表征了其光学对比度和电学性能。研究表明,相较于传统的300 nm Si O2/Si衬底,单层石墨烯在Al2O3/Si上的光学对比度（2.4倍）和跨导（10倍）都有显著提高。此外,该衬底也适用WS2,其跨导在高κ背栅衬底上提高了61.3倍。（3）探究了高κ电介质在“类硅”BP上的生长机理以及对BP的保护效果,并研究了高κ顶栅器件的栅控性能及同质反相器的电压增益性能。“类硅”BP表面上的氧化层PxOy,可以作为天然的种子层为BP表面提供悬挂键,从而进行高质量的Al2O3介电层生长。致密的Al2O3介电层（表面粗糙度仅为0.29 nm）还可以防止BP在大气环境下被氧化,在长达15天的时间里,被保护的BP在特征拉曼峰强度、表面粗糙度以及电学性能上都没有任何退化,从而解决了BP在空气中不能稳定存在的瓶颈。Al2O3封装的BP场效应晶体管表现出良好的电学性能,其开关比＞10~3,空穴迁移率～420 cm~2V-1s-1,电子迁移率～80 cm~2V-1s-1。高质量的Al2O3介电层还可以集成到顶栅BP晶体管,其亚阈值摆幅、迟滞窗口和界面缺陷密度分别被控制在0.5 V/dec、1.5 V和5.6×1012cm-2e V-1。利用两个顶栅BP晶体管制备的同质反相器增益可以达到1.6,具有一定的实际应用潜力。（4）探究了Bi2O2Se光电探测器的光电性能及响应机制。发现在弱光下（＜1W/m~2）,Bi2O2Se呈现出明显的光电导效应,对近红外波段（850～1550 nm）表现出优良的光响应特性,但是在强光下（＞100 W/m~2）却会出现明显的辐射热效应。在不同波段的光响应实验中,均可以同时观察到光电导效应和辐射热效应。通过局域加热实验进一步区分了其中的光电效应机制,辐射热效应对光电流增长的贡献占比在80%以上。通过红外热探测仪实时跟踪Bi2O2Se光电探测器受光激发后的温度变化,可以直接证实这种光热效应的存在。Bi2O2Se辐射热探测计还展示出高电阻温变系数(-1.6%Κ-1)、高辐射热系数(-31 n A·Κ-1)和高辐射热响应度（＞320A/W）。