随着人们对石墨烯不断深入的理论与实验的研究,发现石墨烯优异的性能,并且证明能够在室温稳定存在,因此,让石墨烯成为了近十年来纳米材料研究的焦点之一,并且掀起了研究石墨烯材料和相关领域的热潮。石墨烯纳米墙是纵向生长的石墨烯交叠形成的三维材料,保持了石墨烯的零带隙和层状结构特征,不仅保持了石墨烯从可见光到太赫兹宽波段吸收的特性,还解决了石墨烯吸收弱的问题,石墨烯纳米墙大面积、低成本的制备,使其在非制冷、高响应度、宽光谱光电探测器中具有广阔的应用前景。本论文通过在硅上原位生长可控的石墨烯纳米墙,制备出高性能的石墨烯纳米墙/硅异质结光电探测器,首先研究了石墨烯纳米墙的光电性能和石墨烯纳米墙/硅异质结在可见光的光响应,再利用表面电荷转移掺杂技术调控碳纳米墙的功函数,研究石墨烯纳米墙/硅异质结的热载流子发射机理及其红外光电响应特性。主要的研究内容和结论包括:（1）石墨烯纳米墙薄膜的制备与表征。利用射频等离子体增强化学气相沉积法制备了不同生长时间的石墨烯纳米墙薄膜,采用扫描电子显微镜、拉曼光谱、透射电镜、高分辨率-透射电镜对石墨烯纳米墙薄膜的表面形貌、结构进行了表征与简单的分析。采用四探针法和紫外可见分光光度计研究了石墨烯纳米墙薄膜的方阻和透过率与生长时间的关系,并用拉曼进一步验证。（2）研究石墨烯纳米墙/硅异质结光电探测器的光电特性。利用在硅上原位生长石墨烯纳米墙制备出高质量界面的异质结光电探测器,测试了在可见光波段的光电响应,得到了0.52 A/W的响应度,开/关比高达2×10⁷,时间响应为40μs。器件还具有105dB的高线性型动态范围以及3dB截止频率为8.5KHz。用FFT测试系统测试器件,实现了3.1fA Hz^-1/2的超低噪声电流谱和5.88×10¹³ cm Hz^1/2/W的比探测率,这也是目前为止通过测试暗电流噪声得到最大的比探测率。通过肖特基结模型拟合得到1.18的理想因子和0.69eV的势垒高度,从理论上分析了暗电流低的原因。（3）研究石墨烯纳米墙/硅肖特基结的热载流子发射机理及其红外光电响应特性。通过用热退火硅上金膜的方式制备无规则的金纳米颗粒,利用表面电荷转移掺杂技术来调控碳纳米墙的功函数。通过对不同结构,不同金属颗粒和不同GNW生长时间的GNW/Si光电探测器光响应的分析,得到了20minGNW/2nmAu/Si异质结光电探测器在1550nm的光响应最大,器件的响应度可以达到138mA/W。随后对Au纳米颗粒进行了建模分析,得到2nm金膜退火后的共振峰出现在1500nm左右区域,与实验结果相符。引入金纳米颗粒,降低了势垒高度,增强了热载流子的发射效率,器件的比探测率提高到了1.4×10¹⁰cm Hz^1/2/W,开/关比高达10⁴,时间响应为370μs。器件在3.5μm波段0V的响应度为0.44μA/W,研究石墨烯纳米墙的热载流子发射机制和高性能光电探测器件的实现方法,为红外高效光电转换器件的发展提供新思路。