光是信息的重要载体,光电探测器是目前光信息反馈应用中最为广泛的电子器件之一。纳米科技的发展为突破光电探测器中传统材料的瓶颈提供了新手段,而近年来石墨烯的出现更为光电探测材料注入了新的活力。然而,现有光电探测材料仍面临性能调控方式有限、资源稀缺等诸多问题。本文采用化学气相沉积法和氧化还原法制备了多层石墨烯薄膜和还原氧化石墨烯薄膜,与硅组装异质结光电探测器。当入射光照射到石墨烯/硅异质结上时,硅价带中的电子吸收光子能量跃迁到导带中产生电子-空穴对,被内建电场分离并导出至外电路后形成光电流以实现光探测。通过结构改进、性能优化和机制研究,显著提升了器件的光电探测性能。设计并实现了还原氧化石墨烯/硅异质结光电探测器,具有工艺简单、易于调控、可批量生产的优势,且性能位于同类器件前列,较好地解决了目前石墨烯/半导体异质结器件性能受限、制备效率低等问题。首先从异质结界面工程的角度,通过在石墨烯与硅之间的界面引入厚度可控的氧化层使器件的暗电流下降了两个量级以上,探测性能大为提升,开关比、探测度等性能与同类器件相比具有明显优势。对带有界面氧化层的器件模型和光电探测性能进行了系统研究,发现带有界面氧化层的器件还具有很好的光强响应线性度,线性动态范围可达90 dB,其它性能也位于同类器件前列。其次从增强器件表面光吸收利用的角度,在石墨烯表面增加二氧化钛功能层以提升器件在紫外区的探测性能。将100 nm的二氧化钛纳米粒子旋涂至器件表面后,器件对420 nm和350 nm的入射光的光电转换效率分别提升72.7%和100%,响应度、探测度和开关比均得到提升。通过对比二氧化钛层与硝酸处理对器件性能的改进效果,揭示了二者对器件性能的提升机制。设计并实现了还原氧化石墨烯薄膜与硅组装异质结光电探测器,揭示了氧化石墨烯还原程度对器件性能的影响规律。随着氧化石墨烯还原程度提高,器件在零偏压下的探测度、响应度均呈现升高趋势,响应时间在400°C时达到最佳值。从还原氧化石墨烯中含氧官能团的含量及结构缺陷的变化两方面对此进行了分析和研究。最后,将还原氧化石墨烯/硅异质结探测器应用于气体识别领域,发现器件在不同气体中的电流响应表现出明显区别,说明在这一领域有良好的应用前景。