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表面增强拉曼散射（SERS）作为一种快速、灵敏、无损的检测手段,可被广泛应用于毒品检测、环境科学、生物医学等领域。SERS技术的发展离不开具有SERS活性的新型衬底材料的开发。随着最早开发的贵金属SERS衬底越来越多的缺点被暴露,半导体凭借着其种类丰富、能带结构可调、化学稳定性佳、生物相容性好等众多优点,弥补了贵金属衬底的不足并大大拓宽了SERS的应用范围。贵金属衬底超敏的SERS性能主要来自于局域表面等离子体共振（LSPR）产生的电磁增强。但半导体衬底的SERS性能主要来源于化学增强,从而其SERS性能较弱。因此,本文工作的重点在于协同电磁增强机理（EM）和化学增强机理（CM）开发新型的半导体SERS衬底材料,通过在半导体上实现包括（1）电磁共振（包括LSPR和米氏共振）、（2）电荷转移（CT）共振、（3）分子共振,这三种共振的表面协同共振效应,以获得超敏的半导体SERS衬底。氢化手段有助于促进TiO2与探针分子间的电荷转移并提高载流子浓度以实现可见光区的LSPR,最终在TiO2表面协同实现EM和CM。本论文利用水热法和固态氢化技术得到了氢化TiO2衬底。该衬底是具有大的长径比的氢化TiO2纳米线（NWs）随机取向覆盖在柔性Ti网表面形成的。通过调控氢化时间得到具有最佳SERS性能的氢化3小时的TiO2 NWs衬底。该衬底对罗丹明6G（R6G）、甲基紫（MV）和亚甲基蓝（Me B）分子均展现了低至10-7 M的检测极限,且其增强因子（EF）相较于未氢化的TiO2 NWs提高了三个数量级,达1.2×106。该灵敏的SERS性能是（1）缺陷态能级的引入导致的TiO2与探针分子间更容易的CT过程,（2）增加的载流子浓度导致的TiO2位于可见光区的LSPR,以及（3）TiO2 NWs间交叉区域处强烈的光-衬底耦合,这三者协同作用的结果。为了进一步改善新型的Nb2O5 SERS衬底的性能,我们采用独特的纳米花形貌设计及无定型结构设计促进电磁场增强和CT过程,以获得更加灵敏的Nb2O5SERS衬底。本论文采用新颖的两步水热法,通过控制第二步水热反应中加入的Si含量,得到了直径约262 nm、由无定型的Nb2O5纳米层褶皱在一起形成的Nb2O5纳米花（NFs）团簇。该Nb2O5 NFs衬底展现了形貌依赖的最佳的SERS性能,532 nm激光下其对结晶紫（CV）分子的检测极限达10-7M。该灵敏的SERS性能是（1）纳米花极大的比表面积促使的更多探针分子的吸附;（2）非晶Nb2O5NFs与CV分子体系位于入射光附近强烈的CT共振;（3）Nb2O5 NFs表面102的电磁场增强,这三部分协同作用的结果。为了提高新型Ta2O5 SERS衬底的性能,我们通过量子化尺寸设计调节了Ta2O5的能带结构,实现了Ta2O5与探针分子间的能级匹配,从而获得了灵敏的Ta2O5SERS衬底。本文利用改进的水热法制备了直径约29 nm的Ta2O5超结构。该超结构是由平均粒径为2.39 nm的结晶的Ta2O5量子点组成的,对MV和Me B分子展现了灵敏的SERS性能和低至10-7 M的检测极限。532 nm激光照射下,（1）量子点极大的比表面积促使更多的探针分子吸附;（2）Ta2O5超结构与MV之间能级匹配和更容易的CT过程;（3）MV分子强烈的分子共振,三者协同作用,共同贡献了Ta2O5超结构灵敏的SERS检测能力。我们首次提出了“协同共振”策略,并通过能带工程,在Ta2O5表面实现了入射激光附近（1）分子共振、（2）分子-半导体CT共振和（3）电磁共振这三个准共振的协同拉曼效应(λlaser≈λmol≈λCT≈λEM),获得了Ta2O5最优的SERS性能。本文通过简单的水热法合成了Ta2O5纳米棒,通过控制Mo元素掺杂量获得了SERS性能最佳的Mo掺杂的Ta2O5纳米棒（Mo与Ta摩尔比15%,记为15%-Mo-Ta2O5 NRs）。该衬底对MV分子展现了超敏的SERS性能（EF:2.2×107）和低至9×10-9 M的检测限。第一性原理计算和时域有限差分法计算结果证明,532nm激光下,（1）MV分子共振、（2）MV分子与15%-Mo-Ta2O5 NRs之间CT共振、以及（3）各项异性的Ta2O5 NRs上“间隙”和“尖端”位置的EM共振,这三种共振协同作用实现了15%-Mo-Ta2O5 NRs表面最优的SERS性能。