二维层状材料被发现以来,因其在电、光、热、力等方面的优异性能,受到了研究者们的广泛关注。相对于零带隙的结构的石墨烯而言,二硫化钼具有天然的带隙,其导电性质属于半导体类型,因而在微纳光电子器件领域具有巨大的潜在应用价值。在光电探测方面,二硫化钼有更高的光吸收率和宽光谱吸收范围,因而适合于用来制作光电探测器。与此同时,人们发现可以将具有层状原子结构的二硫化钼类材料像堆乐高积木一样组合起来,构成二维范德瓦尔斯异质结。不同的异质结构组合不仅能保持单一材料本身的性质,还能在协同作用的效果下产生新的物理特性,得到多种功能的复合型光电子器件。本文首先探索了二硫化钼的机械剥离制备方法,并研究剥离工艺对二硫化钼纳米薄片厚度、表面形貌等特性的影响。在此基础上,通过可控剥离多层二硫化钼纳米薄片,并通过精准微转移的方法制备了二硫化钼/硅异质结光电探测器和二硫化钼/硒化镓异质结光电探测器,研究了两种异质结的能带结构和光电性能,主要研究内容包括:(1)针对单层二硫化钼较弱的光吸收率和较小的光吸收截止波长(670 nm),通过机械剥离的方法,采用无掩模激光直写技术,设计并制备了二硫化钼/硅异质结光电探测器。测试结果表明异质结的光谱响应范围为450~980 nm,对980 nm的激光具有较高的响应度和较好的稳定性,器件的开关比可达8×10~4,响应时间可快至120μs,这与之前报道的同类型器件毫秒量级的响应时间相比约提高了100倍,这主要归功于在异质结界面处垂直电场的施加。(2)采用自主搭建的微位移操作系统实现了小尺寸二维材料的精确对准堆叠,并由此制备了二硫化钼/硒化镓范德瓦尔斯异质结光电探测器。用拉曼光谱分析观测到了二硫化钼/硒化镓之间强烈的层间耦合作用,同时研究了异质结的光电性能并发现其具有较广的波长响应范围,突破了纯多层二硫化钼和硒化镓的光响应截止波长,通过Ⅱ类带间激发对980 nm波段激光同样能够实现光响应。器件在相同入射功率下对635 nm的激光响应度最高,响应时间为32μs,对980 nm激光仅有较弱的光响应,响应时间为40μs。最后通过该异质结的能带结构绘制其能带图,阐释了异质结光电响应的物理机理,证明了Ⅱ类原子层的范德瓦尔斯异质结可以实现层间激发,在光电探测方面有进一步研究的价值。