二维材料具有优异的光学、电学等性能,其在构造光电、气敏传感以及短沟道器件等方面表现出极大的应用前景。二硫化钼由于其稳定的化学性质,合适的禁带宽度以及优异的场效应晶体管性能而受到大量关注和研究。虽然目前已经发展了多种二硫化钼薄膜的制备方法,如机械剥离、化学气相沉积以及液相剥离等方法,但各自存在着这样那样的困难和问题。如何通过简易的方法获得高质量的大面积二硫化钼薄膜仍然是一个挑战。本论文在实现大面积高质量二硫化钼薄膜的制备的基础上,深入研究了有机无机杂化结构对于二硫化钼薄膜材料电学性能的调控效果和机理,探索了大面积二硫化钼在气体传感方面的应用。论文研究内容和创新点包括三个方面:1.高质量大面积二硫化钼薄膜的制备方法研究。我们利用金-硫键相互作用相对较强这一特点,通过在块状二硫化钼表面热蒸镀一层金,使用比较简单的剥离手法,可以高效地得到大面积的薄层二硫化钼,尺寸可达数百微米。经过系统地优化薄膜制备过程工艺,得到了电学性能稳定的二硫化钼薄膜。制备的场效应晶体管的开关比可达10~6,迁移率与传统剥离方法所得到的薄片相当,为后续二硫化钼的电学性能调控以及在气体探测方面的应用提供了条件。2.二硫化钼场效应晶体管的制备及有机无机异质结性能的研究。得益于所制备的二硫化钼的大尺寸,使得我们在制备二硫化钼场效应晶体管过程中可以不依赖繁琐的微纳加工工艺,直接采用金属掩模热蒸镀的方式制备源电极和漏电极。由于二硫化钼中存在大量的硫空位导致在二硫化钼中存在大量的自由电子,二硫化钼场效应晶体管的开启电压是负栅压。研究发现把有机小分子材料蒸镀在二硫化钼表面可形成异质结,并可以有效地调节二硫化钼场效应晶体管的开启电压。研究发现这种调节的机制是,有机小分子可以捕获二硫化钼中的电子,使得二硫化钼场效应晶体管的开启电压得以调控,并研究了三种不同亲和能的有机物小分子对二硫化钼场效应晶体管的调节作用。3.研究了有机小分子材料/二硫化钼杂化异质结对气体探测性能的影响。虽然大面积二硫化钼在气体探测应用中表现出极大的优势,然而由于二硫化钼内部大量的电子的存在,严重限制了其对“给体”气体的探测性能。我们通过有机小分子对于二硫化钼电学性能调控的实验,发现将有机小分子与二硫化钼组成杂化异质结构,极大地提升了其对于氨气的响应度(提高了210倍)及探测范围上限(最高浓度达3000 ppm)。通过分析有机分子的覆盖度变化对氨气的响应度的影响,研究并提出了这种杂化体系对气感响应提升的机制。我们研究并对比了三种不同亲和能的有机物小分子对二硫化钼场效应晶体管气体探测性能的调节效果。