二维层状范德华半导体在新型纳米电子和光电子器件领域的发展日渐广阔,其异于块体材料的奇特物理和化学性质使之成为材料、微电子和光电子等领域的研究热点。然而环境中稳定的、器件中表现出高性能特性的二维层状半导体材料还需要科研人员进一步探索。基于此,本论文的研究工作主要以典型的二维范德华In Se半导体和反铁磁Fe PS₃半导体为例,系统研究其微结构、光学和电学性能,并进一步探索可能的功能性电子器件的应用,主要取得以下成果:1.本文使用改进的布里奇曼法制备了高纯度γ相In Se单晶,并通过多种结构和物性表技术验证生长的In Se单晶的晶体结构和性能。原子力显微镜测量出多层In Se纳米片的不同厚度,为后面研究基于多层In Se纳米片的场效应晶体管和异质结提供了基础。温度依赖拉曼光谱和光致发光光谱显示,随着温度的降低,相应的拉曼衍射峰和电子能量都有微小的蓝移现象,可以分别用固有能量和晶格参数变化引起的带隙变化来解释,且当温度降低到133 K以下时,我们推测In Se单晶发生了从γ到ε的可逆相变。探讨了In Se单晶的光学性质,块状In Se在400至990 nm的宽光谱中表现出光响应性。在800 nm的波长下,最大光响应率达到8.82 m A/W,这与该波长的高吸收率相吻合。2.本文使用化学气相输运法制备了高质量的反铁磁半导体Fe PS₃单晶。原子力显微镜测量出多层Fe PS₃纳米片的不同厚度,并根据光学显微镜下的颜色变化,可以估计不同多层纳米片的厚度,为后面研究多层Fe PS₃纳米片的场效应晶体管提供了基础。对生长出的单晶Fe PS₃进行了XRD,SEM,EDS,TEM,XPS和Raman的表征,确定了单晶的基本结构和微观形貌。磁学性质测量表明Fe PS₃样品的顺磁性到反铁磁性的转变温度T_N发生在大约115 K处。总的有效磁矩大于净自旋磁矩,表明存在轨道磁矩的贡献。面外的磁化率明显大于面内的磁化率,证实Fe PS₃具有Ising型磁有序。不同频率下面外交流磁化率的实部温度依赖性测量排除了自旋冻结转变现象。3.研究了不同材料的场效应晶体管以及异质结的制备、迁移率计算和输运性质。石墨烯表现为N型半导体的输运性质,多层In Se和Fe PS₃场效应晶体管皆表现出了P型半导体的输运性质。比较了普通光刻和EBL光刻制备In Se场效应晶体管的输运性质发现,两种皆表现为P型半导体的输运性质,且迁移率差别不大。异质结采用干法转移制备,In Se/Mo Se₂表现出显著的整流特性。多层In Se/石墨烯异质结的最大迁移率可以达到264.5 cm²V^-1s^-1。远远大于我们实验中研究的单个二维材料的迁移率。