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可以将红外线转换为可见光的光子上转换传感器件，因在新型红外成像、半导体晶圆检测、气象通讯等军事和民用领域的应用前景，一直以来得到了广泛的研究兴趣。以有机电致发光二极管(OLED)作为光显示单元、无机红外探测器作为光探测单元(PD)的有机无机复合光子上转换器可以充分发挥各功能单元材料体系的优点，实现优势互补。另外，这种复合器件的研究还将有助于加深对有机/无机半导体异质结界面作用机制的理解，为设计开发其它新型有机无机复合器件奠定理论基础。 本论文中，我们利用MBE、OMBD和半导体工艺技术，将OLED和GaAs/InGaAs多量子阱红外探测器直接耦合，制备了有机无机复合的光子上转换传感器，成功实现了980 nm近红外到510nm绿光的高效上转换。设计并搭建了一套光电测试系统，研究了稳态及瞬态器件的光学和电学等特性，以此为基础开展了以下不同方面的研究: 首先，本论文从PD单元、有机/无机异质结界面、OLED单元等多方面对上转换传感器性能的影响因素进行了研究。通过改变探测单元内MQWs层周期数增大了其光吸收效率，提高了光电转换能力。有机/无机异质结界面方面，研究了不同界面连接层对光生载流子注入的影响，在固定响应度为2.0 A/W时，使用MoO3∶ PTCDA作为界面层的器件上转换效率为1.45 W/W％，比使用MoO3∶CuPc层的器件(0.95 W/W％)提高了近50％。通过改变钝化层和电极引出位置，研究了界面钝化层对漏电流的影响。OLED单元方面，通过实验对比发现磷光OLED因具有较高量子效率，作为发光单元具有更高的电光转换能力，磷光器件在12 V的电压下可以达到接近4000 cd/m2的亮度。电光转换能力的提升进一步增大了器件的光子上转换效率，降低了功耗。在驱动电压为15V时，磷光器件的上转换效率达到4.8 W/W％，明显高于荧光器件(2.0 W/W％)。通过所有影响因素的研究，发现有机/无机界面层在光电-电光转换过程中起到关键的桥梁作用。 其次，围绕光予上转换传感器中的有机/无机界面，开展了界面相互作用机制的深入研究。通过设计对比实验和XPS能谱相结合的手段，初步提出并验证了GaAs和PTCDA之间的Ga-O-C桥键、带隙中间态、电子云交叠等几种界面作用机制，为进一步优化器件结构和提高光予转换效率指明了方向。随后，首次提出并研究了光子上转换传感器的脉冲响应特性，分析了响应时间与材料体系、工作电压、辐照强度之间的关系。进一步加深了对载流子在器件不同单元内迁移、堆积过程的理解，同时为研制高速响应的红外成像系统奠定了基础。 最后，以OLED为器件载体，分别研究出一种新型的Al/MoO3∶ PTCDA复合半透明阳极和一种高效率的CsN3∶ NBPhen电子注入层。一方面，详细探讨了基于Al/MoO3∶PTCDA复合半透明阳极的OLED的电流、亮度、效率、光学微腔效应以及器件半衰期等特性。另一方面，通过将低蒸发温度的CsN3和NBPhen进行n型掺杂，获得了一种电子注入性能比传统LiF更为优异的电子注入层，这种Al/MoO3∶ PTCDA半透明复合阳极和CsN3∶NBPhen电子注入层在AMOLED显示和有机太阳能电池领域同样具有广阔的应用前景。