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CdS是一种非常重要的光电半导体材料，其纳米结构在纳米电子器件和光子器件等领域有着广泛的应用。本论文以CdS为代表，通过实验研究，深入地考察了一维纳米材料的可控生长和掺杂、高性能纳米电子器件的研制、纳米线/硅异质结高效率电致发光的研究。主要创新成果如下：
(1)利用气相金属铟对CdS纳米线(带)进行原位掺杂并对其结构、光学和电学性质进行了完备的表征，结果显示生长的CdS纳米线(带)具有单晶结构和优异的光学性质，其荧光谱只有半高宽仅为11纳米的带边峰，没有缺陷发光峰；电学表征结果显示In作为浅施主已成功掺入到CdS纳米线(带)中，其电阻率由未掺杂的104Ω·cm降低到3.72Ω·cm。
(2)采用Si(111)衬底生长出平行于衬底的CdS纳米线网络。提出了异质外延和同质外延两步法的生长机制。在理解其生长机制的基础上，使用解理的正三角形的Si(111)衬底，生长出的CdS纳米线六个对成的生长方向＜1120＞与正三角形的Si(111)衬底的三条边对应垂直，从而实现宏观取向可预定的纳米线网络的生长。光学表征显示纳米线网络具有非常高的晶体以及光学质量。利用安装在扫描电镜中的纳米探针对纳米网络的电学性质进行了研究，实验发现纳米线交叉处的节点提供了很好的电学接触，显示出纳米线网络在集成光电子器件中潜在的应用价值。
(3)通过控制掺杂浓度到约5×1016 cm-3，在同一根CdS纳米带上同时实现了良好的欧姆和肖特基接触，在此基础上研制成功高性能Au/CdS肖特基二极管。Au/CdS肖特基二极管具有接近于1的理想因子(～1.14)、极高的整流比(＞108)、极小的反向漏电流密度(＜3.0×10-5 A·cm-2，-10V偏压下)和很高的反向击穿电压(＞-40V)。这些二极管重要指标在已报到的各种一维纳米材料二极管中处于国际最高水平。
(4)首次报道CdS纳米带金属—半导体场效应晶体管(MESFET)。相对于纳米线(带)金属—绝缘体—半导体场效晶体管(MOSFET)而言，纳米线(带)MESFET不需要栅极绝缘介质，从而使其制备工艺简化、成本降低，更为重要的是其栅极与沟道之间有更好的电容耦合，使其可以有更大的电压和功率增益。制备的CdS纳米带MESFET的开关比、阈值电压、跨导、亚阈值摆幅等晶体管重要指标在已报道的纳米场效应晶体管中处于国际最高水平；载流子迁移率达到330cm2/V·s，非常接近体单晶CdS材料的电子迁移率。
(5)增强型晶体管具有高速低功耗的特点，在现在的微电子工艺中被广泛采用。但对于纳米线(带)器件来说却难以制备。首次实现了低功耗增强型纳米线MESFET之后，将该方法推广到其它纳米材料上。
(6)首次提出带有附加肖特基接触的纳米线(带)MOSFET的新结构器件。实验上证明利用附加的肖特基势垒产生的沟道窄化效应可以使CdS纳米(线)带MOSFET阈值电压大幅减小，跨导大幅增加。随后利用这一方法实现了背栅n沟道增强型ZnO纳米线和p沟道增强型Zn3P2纳米线MOSFET。这些低阈值电压、高跨导的纳米线(带)晶体管有助于实现低电压、高增益纳米线逻辑电路。
(7)首次在单根纳米线上构建了基于MESFET的n沟道金属—半导体(NMES)反相器。首先在单根纳米线上构建两个高性能的MESFET，此种纳米线晶体管具有高开关比(～107)，小阈值电压(～-0.4V)，达到了理论极限的亚阈值摆幅(60mN/dec)。然后利用这两个晶体管构建了高性能的NMES反相器，与构建在纳米线MOSFET上的反相器相比，这种类型的反相器具有更高的电压增益，且不需要绝缘层，制备工艺简单。制备的反相器具有高达83的电压增益，至今仍是一维纳米材料反相器中最高的增益值。在此基础上还构建了纳米线“与非”门，“或非”门逻辑电路。
(8)制备成功纳米线互补型金属—半导体(CMES)反相器。利用电场排布的方法在单根n型CdS纳米线旁边排列单根p型Zn3P2纳米线，制备成功CMES纳米线反相器。在供给电压为0.5 V时，该反相器操作电压约为1.5 V、电压增益为10、静态功耗低至0.025 pW。还利用附加肖特基接触的新型纳米线MOSFET制备了互补型金属—绝缘体—半导体(CMOS)反相器。由于顶肖特基接触大幅降低了n沟道和p沟道纳米线MOSFETs的阈值电压，使其操作电压从原先大于10V，降低到3 V左右。在供给电压为1 V时，该反相器操作电压约为2.5 V、电压增益为13、静态功耗低至0.015 pW。这些小操作电压、超低功耗的反相器将是构建基于纳米线大规模电子器件的理想候选者。
(9)研究了CdS纳米带/Si异质结电致发光。当加一定的正向偏压时，其电致发光肉眼可见，从异质结中观测到的电致发光谱与单根CdS纳米带的光致发光谱相似，说明电致发光来源于电子、空穴(来自硅)在CdS纳米带中的辐射复合。CdS的带边峰半高宽只有11纳米，没有杂质峰。随后，又与Harvard大学研究小组同时首次报道了单根ZnO纳米线/Si异质结电致发光。同他们的结果相比，我们的电致发光谱，紫外带边电致发光占主导地位。
(10)首次制备并研究了CdS纳米线微环腔。在此基础上，通过将一根解理的直的纳米线构置在微环腔边上从而构成了耦合的纳米线微环—法—布腔。实验发现直的纳米线不但可以作为波导将环形微腔的光引出，而且可以作为模式调制器调制环型微腔中的回音壁模式。