ZnO作为一种直接带隙的宽禁带(室温下禁带宽度为3.37eV)半导体材料,有着高达60meV的激子束缚能,受到科学界的广泛关注。而其中尤以一维ZnO纳米材料最具有吸引力,这是由于其独特的性能,如较大的比表面积和限制在二维方向下的载流子等,都有助于提高器件的性能。由于这些独特的光学、电学、机械、压电等特性,基于ZnO纳米材料的场效应晶体管、紫外激光器、应力传感器、场发射器件、压电换能器及太阳能电池都受到了深入的研究。通过实现ZnO纳米结构的可控生长,本论文获得了一系列基于ZnO的纳米光电器件。在反复的实验中,我们发现在水热法制备ZnO纳米杆的过程中,有些材料会抑制ZnO的生长。利用ZnO种子层和该种钝化层,我们实现了ZnO纳米杆的边缘选择性生长和横向生长。通过改变具体实验的参数,我们详细研究了该种生长模式的生长机制。另一方面,我们也通过简单的热蒸发获得了多种具有高晶体质量的ZnO纳米结构。一般而言,ZnO纳米结构是一种理想的场发射材料。但是在实际应用中,由于生长出的ZnO纳米结构阵列往往排列很致密,相互之间存在的严重的电场屏蔽效应会极大的制约其场发射性能。而在本论文中,通过水热法的边缘选择性生长,ZnO纳米杆阵列的密度得到了有效的控制,而这也大大削弱了相邻ZnO纳米杆之间存在的电场屏蔽效应,从而提高了ZnO纳米杆阵列的场发射性能。另外,我们也使用简单的热蒸发在具有天然三维图案的碳布衬底上获得了优化密度的ZnO纳米杆阵列。利用这些密度可调的ZnO纳米杆阵列为模板来生长碳纳米管(CNT),可以进一步的提高场发射体的长径比,同时减弱碳纳米管之间的屏蔽效应,获得更高的场发射电流并提高器件的场发射性能。对于这种崭新的ZnO-CNT异质结构场发射阵列,最终获得的场发射开启电场强度为0.4V/μm,阈值电场强度为0.84V/μm,及高达4.9×104的场增强因子,并且其在电场强度为1.34V/μm就获得了高达4.48nA/cm2的电流密度。随后在5小时的场发射稳定性测量中,没有观察到场发射电流的显著下降,并且其在电场强度固定为1.04V/μm时,场发射电流的波动小于5%。同时,基于水热法ZnO纳米杆的横向生长,我们首先报导了基于ZnO材料的横向场发射。通过实验和静电场模拟分析,我们发现该器件的场发射性能和两端场发射体的间距有强烈的相关性。一般来说,横向纳米光电器件的制备工艺通常较复杂,并且较为耗时。而在本论文中,基于水热法ZnO纳米杆的横向生长,我们只需要一次水热法,就成功的制备出了诸如紫外光敏探测器、场效应晶体管、应力传感器、应力驱动的晶体管以及机电整合的逻辑电路等金属-半导体-金属结构的光电器件。我们尝试着通过改变生长条件及器件结构来提高这些器件的性能。并且对这些器件具体的工作机制进行了研究和讨论。并发现肖特基势垒在这些器件的电输运机制中起到了至关重要的作用,而我们正好可以利用这一点来控制这些器件的电输运特性。通过以上这些努力,最终获得了响应度达61A/W (365nm)的ZnO纳米杆紫外光敏探测器,开关比达0.6×105的ZnO纳米杆场效应晶体管,gauge factor高达6.7×108的ZnO纳米杆应力传感器,以及可以实现诸如NAND, NOR, XOR, MUX和DEMUX等逻辑功能的机电整合逻辑电路。