光电探测器是一种对特定波长的光或者辐射信号实现探测的电子器件。当下的电子工业快速发展,不仅要求电子产品的集成度更高,其性能也必须得到进一步优化。这也为光电探测器的设计与制造提出了更高的要求,如何设计出尺寸更小性能更优化的光电探测器成为科学研究和电子技术发展的重要课题。本研究展示了有源区材料制备和器件结构设计的协同作用在研制高性能光电探测器中的重要性。首先,采用物理气相沉积法首次制备了具有中空管状结构的CdS半导体纳米管,并进一步证明这种简单的制备方法可以用于ZnS和CdSe多种II-VI族半导体纳米管的制备。制备的半导体纳米管具有较好的晶体质量、极少的杂质缺陷和均匀的生长结构。该方法解决了已有半导体纳米管制备方法中制备流程复杂和制备样品晶体质量差等不足。基于理论分析和实验结果,首次实验上证明了半导体纳米管择优沉积的VLS机制。其中,VLS系统中特殊的三相边界为半导体纳米管生长过程中前驱体原子饱和析出提供了最优沉积位置;生长温度控制着前驱体的蒸发量和不同界面的过饱和度,在实验中对生长纳米材料的结构具有决定性作用;纳米催化剂颗粒浸润角的大小影响不同界面的表面能,导致形成的半导体纳米管具有不同的管壁厚度。制备的半导体纳米管具有特殊的中空管状结构和更大的比表面积,在高性能光电器件的设计和应用中表现出很大的潜能。在实验中,首次以半导体纳米管为有源区和银纳米线为电极制备了全纳米结构的金属-半导体-金属结构的光电探测器,并证明半导体纳米管作为有源区可以增强光电探测器的光电探测灵敏度和缩短其响应时间。为了进一步研究单根纳米管的光电特性,通过纳米材料的组装首次设计并制备了单根半导体纳米管为有源区和银纳米线为电极的光电探测器。相比传统的电子束刻蚀工艺,该方法不依赖于昂贵的实验仪器和复杂的制备流程,就可以实现单根纳米材料光电器件的制备。此外,单根纳米管光电探测器中,单根纳米管与银纳米线相互接触形成了大量的纳米尺寸的肖特基结,为我们研究纳米尺寸的肖特基结在光电探测器中的光电子学提供了一个平台。此外,首次设计了基于非对称MSM结构的低维半导体自驱动光电探测器。证明在空气氛围中,氧气吸附和半导体表面态会导致具有非对称MSM结构的光电探测器产生的背对背肖特基势垒具有不同的势垒高度。当偏压为零时,两肖特基势垒的差值为光生载流子的分离和传输提供驱动力。此外,MSM器件的非对称性越明显,光生载流子分离和传输的驱动力将越大,会进一步增强器件的自驱动特性。该自驱动特性使光电探测器在偏压为零的条件下具有很高的光电探测灵敏度和较短的响应时间,为设计高性能自驱动光电探测器提供了一种全新的设计思路。在实验中,我们一方面优化了传统接触印刷法在组装一维纳米材料中的不足;另外一方面发现单个液滴在蒸发的过程中,表面张力、内外温度差和溶质浓度差将促使液滴内液体形成一个内部环流。基于这个特殊现象,首次提出了液体蒸发辅助的一维纳米材料组装法。并证明这两种一维纳米材料组装法都可以有效地实现半导体纳米管材料的组装和水平排列。以水平排列的半导体纳米管阵列作为有源区可以降低有源区内半导体纳米材料的接触电阻,进一步优化光电探测器的探测性能。