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近年来，伴随着半导体产业对器件微型化和集成度要求不断提高，功能性纳米器件的研制成为突破当前微纳米器件技术瓶颈的重要解决策略之一；其中，二硫化钼和黑磷凭借其在能带结构方面灵活的可调控性已经成为制备高性能电子器件和光电器件最具潜力的沟道材料。然而，利用现有的制造工艺、技术手段实现二维半导体材料能带结构的有效调控，进而进行功能性器件研制的相关研究还很不成熟。尤其在光电器件领域，大多数研究聚焦于二维半导体材料在可见光波段光电响应特性的探索和优化，其在近红外波段光电响应能力不足、响应速度慢、光伏性能弱等方面问题，极大限制了二维半导体光电器件在高光电响应、超快、宽波段光电探测、高效能量收集、光纤通讯、生物模式识别等领域的应用。因此，本文将以调控二维半导体材料能带结构中的费米能级EF和能带间隙Eg为实现手段，采用不同的器件结构实现二维半导体材料能带结构单一因素调控(费米能级EF)和多因素共同调控(费米能级EF和能带间隙Eg)，探索二维半导体材料近红外波段光电响应特性的调控方法，在此基础上进行近红外光电器件性能研究。具体如下：
针对非简并态黑磷近红外光电响应率低的问题，采用简并态黑磷作为近红外光电器件的沟道材料，以黑磷层数改变调控费米能级EF为实现手段，对比分析不同厚度黑磷光电器件的电流电压输出特性、传输特性和暗电流密度大小，建立厚度调控能带结构模型；进行简并态黑磷光电器件在近红外波段下光电性能表征，分析器件响应率、外量子产率、光增益、响应时间和噪声等性能指标。研究表明：与非简并态黑磷光电器件相比，器件展现更高的响应率(2.42A/W)，并且保持了快的光响应速度(2.5ms)，从而为通过层数调控黑磷能带结构的方法进行近红外光电器件的性能提升提供实现手段。
针对二硫化钼光电响应波长范围窄的问题，采用二硫化钼作为近红外光电器件的沟道材料，以纳米光学天线结构间隙内的局域表面等离激元诱导“热”电子注入，进而调控二硫化钼费米能级EF为实现手段，设计制造五聚体近红外纳米光学天线结构(纳米间隙为15nm)，进行纳米光学天线结构调控二硫化钼近红外光电响应的研究；探究纳米光学天线结构的电场增强效应、对二硫化钼吸收特性的调制机制，以及增强二硫化钼近红外光电响应的机理；进行纳米光学天线结构位置调控二硫化钼近红外光电响应的研究，并建立位置调控能带结构模型。研究表明：纳米光学天线结构通过局域表面等离激元耦合产生的共振能量转移使得二硫化钼在837.59nm附近出现新吸收峰，从而实现了二硫化钼响应波长范围的扩展；采用纳米光学天线结构能够实现二硫化钼近红外光电器件的性能提升，响应率0.25A/W，是无纳米光学天线结构器件的2倍；并且获得了在二硫化钼光电器件中放置纳米光学天线结构的最佳位置(位于源漏极空间电荷区附近)，在此位置处光电流幅值的增长大于60%，从而为通过等离极化激元调控二硫化钼能带结构的方法进行二维近红外光电器件的性能提升提供实现手段。
针对二维范德瓦尔斯异质结近红外波段光伏性能弱的问题，以二硫化钼和黑磷组成的异质结作为器件的沟道材料，集成纳米光学天线结构等离激元诱导“热”电子注入特性和二维范德瓦耳斯异质结界面处内建电场有效分离光生载流子的优势，通过局域表面等离激元诱导“热”电子注入调控二硫化钼其费米能级EF为实现手段，分别在近红外和标准太阳光谱下进行纳米光学天线结构调控二硫化钼/黑磷异质结光电响应特性；探究外加激励偏压下纳米光学天线结构对二硫化钼/黑磷异质结近红外响应影响。研究表明：纳米光学天线结构调控下二硫化钼/黑磷异质结的填充因子比无纳米光学天线结构时的情况提升了14%，并且光电转换效率是无纳米光学天线结构时的2.19倍，从而为通过等离极化激元调控异质结能带结构的方法进行二维近红外光电器件的性能提升提供实现手段。
针对二硫化钼近红外波段无法同时兼顾光电转换能力和响应速度的问题，以二硫化钼作为器件的沟道材料，通过材料弯折应变实现二硫化钼多因素共同调控(同时改变费米能级EF和能带间隙Eg)为实现手段，制备具有错位“三明治”弯折结构的二硫化钼光电器件；分析其应力分布状态和几何变形情况；探索弯折应变对二硫化钼能带结构的影响规律，建立错位“三明治”弯折结构二硫化钼能带结构模型；进行器件的电学性能和光电性能表征；实验验证不同弯折应变对二硫化钼光电响应的可控调控。研究表明：错位“三明治”弯折结构二硫化钼光电器件不仅展现传统二硫化钼光电器件不具备的优异特性，如栅极调控的整流特性(整流比330)，高电子迁移率特性(电子迁移率900cm2V-1s-1)，还展现了优异的光电响应特性，光伏模式下填充因子45.7%，光电转换效率1.8%；光电导模式下响应率12A/W，响应时间0.26ms，从而为通过应变调控二硫化钼能带结构的方法进行二维近红外光电器件的性能提升提供实现手段。
针对非简并态黑磷近红外光电响应率低的问题，采用简并态黑磷作为近红外光电器件的沟道材料，以黑磷层数改变调控费米能级EF为实现手段，对比分析不同厚度黑磷光电器件的电流电压输出特性、传输特性和暗电流密度大小，建立厚度调控能带结构模型；进行简并态黑磷光电器件在近红外波段下光电性能表征，分析器件响应率、外量子产率、光增益、响应时间和噪声等性能指标。研究表明：与非简并态黑磷光电器件相比，器件展现更高的响应率(2.42A/W)，并且保持了快的光响应速度(2.5ms)，从而为通过层数调控黑磷能带结构的方法进行近红外光电器件的性能提升提供实现手段。
针对二硫化钼光电响应波长范围窄的问题，采用二硫化钼作为近红外光电器件的沟道材料，以纳米光学天线结构间隙内的局域表面等离激元诱导“热”电子注入，进而调控二硫化钼费米能级EF为实现手段，设计制造五聚体近红外纳米光学天线结构(纳米间隙为15nm)，进行纳米光学天线结构调控二硫化钼近红外光电响应的研究；探究纳米光学天线结构的电场增强效应、对二硫化钼吸收特性的调制机制，以及增强二硫化钼近红外光电响应的机理；进行纳米光学天线结构位置调控二硫化钼近红外光电响应的研究，并建立位置调控能带结构模型。研究表明：纳米光学天线结构通过局域表面等离激元耦合产生的共振能量转移使得二硫化钼在837.59nm附近出现新吸收峰，从而实现了二硫化钼响应波长范围的扩展；采用纳米光学天线结构能够实现二硫化钼近红外光电器件的性能提升，响应率0.25A/W，是无纳米光学天线结构器件的2倍；并且获得了在二硫化钼光电器件中放置纳米光学天线结构的最佳位置(位于源漏极空间电荷区附近)，在此位置处光电流幅值的增长大于60%，从而为通过等离极化激元调控二硫化钼能带结构的方法进行二维近红外光电器件的性能提升提供实现手段。
针对二维范德瓦尔斯异质结近红外波段光伏性能弱的问题，以二硫化钼和黑磷组成的异质结作为器件的沟道材料，集成纳米光学天线结构等离激元诱导“热”电子注入特性和二维范德瓦耳斯异质结界面处内建电场有效分离光生载流子的优势，通过局域表面等离激元诱导“热”电子注入调控二硫化钼其费米能级EF为实现手段，分别在近红外和标准太阳光谱下进行纳米光学天线结构调控二硫化钼/黑磷异质结光电响应特性；探究外加激励偏压下纳米光学天线结构对二硫化钼/黑磷异质结近红外响应影响。研究表明：纳米光学天线结构调控下二硫化钼/黑磷异质结的填充因子比无纳米光学天线结构时的情况提升了14%，并且光电转换效率是无纳米光学天线结构时的2.19倍，从而为通过等离极化激元调控异质结能带结构的方法进行二维近红外光电器件的性能提升提供实现手段。
针对二硫化钼近红外波段无法同时兼顾光电转换能力和响应速度的问题，以二硫化钼作为器件的沟道材料，通过材料弯折应变实现二硫化钼多因素共同调控(同时改变费米能级EF和能带间隙Eg)为实现手段，制备具有错位“三明治”弯折结构的二硫化钼光电器件；分析其应力分布状态和几何变形情况；探索弯折应变对二硫化钼能带结构的影响规律，建立错位“三明治”弯折结构二硫化钼能带结构模型；进行器件的电学性能和光电性能表征；实验验证不同弯折应变对二硫化钼光电响应的可控调控。研究表明：错位“三明治”弯折结构二硫化钼光电器件不仅展现传统二硫化钼光电器件不具备的优异特性，如栅极调控的整流特性(整流比330)，高电子迁移率特性(电子迁移率900cm2V-1s-1)，还展现了优异的光电响应特性，光伏模式下填充因子45.7%，光电转换效率1.8%；光电导模式下响应率12A/W，响应时间0.26ms，从而为通过应变调控二硫化钼能带结构的方法进行二维近红外光电器件的性能提升提供实现手段。