热电子探测器是能够将光能转化为电能的有效途径之一,其本质为光电转换器,是光电子链路的基本组成部分之一。随着微纳加工技术和纳米光子学的发展,器件逐渐向小型化、高响应、低成本的方向进化。基于表面等离激元的热电子探测器件因其具有能在纳米尺度操纵光、不受材料禁带宽度限制的特点,有效解决了传统光电转换器件体积较大和工作波段受限的弊端,已经在光电转换领域扮演十分重要的角色。目前已研制出各种工作在光通信窗口和其它波段的热电子探测器件,其中不乏二维材料和芯片集成热电子探测器的出现,广泛应用于生物传感、医疗仪器、国防、高端制造等领域。本课题就两种常见结构类型的热电子探测器件的光电性能进行全面仿真研究,并对其中一种进行实验制备,本论文的主要研究内容为:(1)通过有限元法研究了金属-绝缘层-金属(MIM)结构热电子探测器的光电特性,通过对材料和结构的优化,解决了此种结构常见的非对称性吸收较差的弊端,大幅提高了器件的陷光能力,有效增强了器件的光电性能,在同一共振波长处,净吸收率由16%增至95%,净响应度由1.85n A/m W增至10.4n A/m W,实现了一种极窄带响应(半高宽仅为5.4nm)。研究了各结构参数对器件光电特性的影响,为优化器件性能提供了指导。利用二维结构所具有的对称性实现了对入射光偏振不敏感的光电响应,净吸收率可达100%。(2)在前人所提出的结构的基础上,旨在找到一种薄膜选择性生长方法,解决电子束蒸镀法所得器件与模型不符的问题。首先对光栅金属-半导体(MS)结构热电子探测器进行光电性能仿真研究,由于此类结构的热电子转移机制较为简单,金属膜很薄,热电子有较大的概率被收集形成光电流,所以光电响应很强,在共振波长处,内量子效率为2%,响应度可达23.5m A/W。接着分别利用电子束蒸镀法和电化学法结合电子束光刻工艺对此器件进行实验制备,通过电化学法成功观察到了金属离子选择性沉积的现象,这是电子束蒸镀法无法到达的效果。研究了成膜性对器件光学性能的影响,并解释了其中的原理。