半个多世纪以来,集成电路技术的迅猛发展极大地推动了科技的进步,目前已经深入到国民生产生活的各个领域。然而在后摩尔时代,要想继续保持集成电路向小尺寸发展,同时使得器件运算速度不断提高,这就对半导体纳米芯片在智能化、集成化、微型化等性能上提出更高要求。低维半导体纳米材料具有尺寸小、易集成等优点,同时表现出许多不同于传统半导体材料的特殊物理化学性能,在光电探测、场效应晶体管、太阳能电池、生物传感等领域具有广阔的应用前景,有望解决当前集成电路向更小尺寸发展的瓶颈。目前,新型低维半导体纳米材料的制备与应用研究正处于高速发展的阶段,各种新颖独特的半导体纳米结构被不断合成并深入研究,尽管已经取得了一系列可喜的研究成果,但单组分半导体纳米材料物理化学性质较为单一,很难满足当前多功能、高性能集成光电子器件的实际需求。半导体纳米异质结构作为一种能结合两种甚至多种材料性能优点的结构,打破了单一组分的半导体纳米材料性能上的局限性,特别是以二维层状材料异质结为代表的异质结构,它们可以不受晶格匹配的限制,可将任意具有特殊性能的二维材料结合在一起,实现多功能、高品质的光电子器件,并有望突破传统硅基集成电路的发展瓶颈,在新一代集成电路领域中发挥更大作用。本论文聚焦新一代信息技术领域发展对新材料和新器件的迫切需求,致力于新型低维半导体纳米异质结构的可控制备及微纳光电子器件的性质研究。通过化学气相沉积法,实现了多种新型低维半导体异质结纳米材料的可控制备,深入研究其生长机理、微观结构及光学特性,阐明了异质结内部的载流子输运动力学过程,并进一步实现了高性能场效应晶体管器件、高效光伏器件、超灵敏光电探测器件等多种集成电路原型器件,为新一代集成电路的发展奠定了重要基础。本论文的主要创新性研究成果如下:（1）高性能二维p-n异质结整流二极管和光伏器件。通过两步化学气相沉积法制备了新型二维Sb2Te3/MoS2垂直堆垛p-n异质结。该异质结表现出明显的整流性能,整流比高达1.2×106。在光照条件下,Sb2Te3/MoS2 p-n异质结表现出高的光电转化效率（4.5%）,远远高于其他绝大多数基于CVD法合成的二维异质结纳米材料的光伏器件。同时,该p-n结二极管也展现出优异的光电探测性能:高响应度（330 A/W）、高探测度(1012 J)、较快的响应时间（360μs）。（2）自驱动宽波段光电探测器。制备出新型二维WSe2/Bi2Te3垂直堆垛p-n异质结纳米片,微观结构研究表明所合成的异质结纳米片具有较高的晶体结晶质量。该p-n异质结纳米片具有优异的光伏特性和光电转换性能,与此同时,该异质结材料光学吸收谱覆盖了从可见光到近红外光区域,且都表现出不同程度的光伏特性,作为高性能的自驱动宽波段的光电探测器,其光谱探测范围为375 nm-1550 nm,基于该p-n异质结纳米片实现了自驱动宽波段的光电探测器。（3）范德华接触构筑高性能场效应晶体管。通过范德华异质外延的方法,采用高电子浓度和电导率的二维Bi2Te3纳米片作为接触电极缓冲层,构筑了高迁移率、低肖特基势垒的MoS2场效应晶体管。表面电势的测量结果表明Bi2Te3和MoS2具有完美的能级匹配,两者接触后形成了很好的欧姆接触,有效降低了MoS2与金属电极间的接触势垒,大大提高了器件中的载流子注入效率,实现了MoS2场效应晶体管器件性能的大幅提升。（4）晶面选择性外延生长横向多结异质结纳米带。采用反应源移动式化学气相沉积法,通过调控多步生长过程中前驱体的生长温度,实现了横向多界面Cd S/Cd SxSe1-x异质结纳米带的可控生长。微观结构表征和光学表征结果证明所合成的多结纳米带拥有原子级陡峭的异质结界面,表面电势的测量结果表明异质结中存在着高效的载流子转移过程。相较于单一组分的Cd S纳米带,基于该横向周期性异质结纳米带的光电探测器表现出优异的探测性能,其光电流及响应度随着异质结界面数的增多而逐渐增大,光响应度最高可达1.5×105 A/W,光电流开关比可达107,该研究为实现横向周期性多界面异质结纳米带在电子器件和光电器件中的应用提供可能。