石墨烯具有独特优异的性质,其在电子器件、光电器件领域展现出了巨大的应用潜力。因石墨烯具有零带隙,开关比较低,而二维过渡金属硫族化合物（TMDs）材料带隙在1至2 eV之间,具有极高的开关比。论文结合石墨烯和二维TMDs的特点,着重研究了二维TMDs的表面掺杂及其异质结输运特性,论文主要研究内容如下:1.结合石墨烯及二维TMDs的物理性质,介绍了其在特定领域的应用。针对石墨烯及二维TMDs器件特性单一等问题,提出了掺杂改性以及异质结器件等研究,并着重总结了表面掺杂调节二维材料输运性能的优势以及应用范围,还讨论了二维材料、异质结器件的制备方法以及性能表征的设备以及流程。2.采用机械剥离法制备出了多种单层及少层二维硫族化合物薄膜,并利用标准的电子束曝光工艺,制备了石墨烯、MoS₂、MoSe₂以及MoTe₂场效应器件,测试了其场效应性能,通过电子束热蒸发在器件表面蒸镀MgO薄膜,发现MgO薄膜对石墨烯和二维硫族化合物的表面电子掺杂特性。结合MoTe₂材料的p型主导导电特性,利用MgO的表面电子掺杂成功制备了p-n型互补高增益逻辑器件,经测试其电压增益高达26,制备的器件开关比达2.1×10⁴。利用MgO的表面电子掺杂成功制备了MoTe₂的面内p-n结器件,其p-n结结区具有明显的光电响应,光电响应度达1.2 mA/W。结论展示了二维硫族化合物结合氧化物在集成电路中具有极大的优势。3.采用定点转移的方法制备了石墨烯/WSe₂、WSe₂/ReS₂、石墨烯/MoSe_2/石墨烯的范德瓦尔斯异质结样品,并采用电子束曝光工艺制备了金属电极,从而得到了异质结器件。在研究石墨烯/WSe₂异质结器件过程中,发现石墨烯/WSe₂异质结器件的两个界面都具有光电响应,结果表明异质结器件中存在一种类似n-p-n的结构。另外,发现异质结器件接触界面光电响应随偏压发生非线性变化,分析不同偏压下其能带结构特点,发现异质结接触界面处电场的改变会影响光电响应非线性变化。另外,实验还发现石墨烯/MoSe₂/石墨烯异质结在背栅调控下具有极高的光电响应率,对于不同层数MoSe₂的三明治异质结器件,光电响应特性不一致。4.在SiO₂/Si（300 nm/0.5 mm）基底上制备了底电极（Ti/Au）以及金属Ni,通过热氧化的方法制备NiO_x薄膜,再采用范徳瓦尔斯力转移方法制备出MoS₂和热氧化Ni薄膜的异质结,并采用电子束曝光工艺制备金属电极,得到了MoS₂与热氧化Ni薄膜异质结器件。电学表征发现,该异质结具有背栅可调的类似二极管的IV性质,分析表明该异质结是一个MoS₂场效应管和一个MoS₂/NiO_x/Ni异质结的组合。光电表征表明,该异质结具有良好的光伏性能,光电响应度达5 mA/W。进一步的微区光电流表征表明,MoS₂/NiO_x/Ni异质结具有均匀的光电响应。由于金属Ni可以做成任意形状,实验发现该异质结特别便于集成,这对于阵列光电探测器的制备具有特别意义。