高性能宽波段光电探测器在红外光探测、夜视、遥感、光通信、安全检查等军事和民用领域都有着极其重要的应用价值,因此被广泛研究。到目前为止,已经研制出了基于硅（Si）、砷化镓（GaAs）、铟镓砷（In GaAs）和碲镉汞（Hg Cd Te）等材料制备而成的具有不同器件结构的高性能红外光电探测器。但是,目前这些探测器存在着明显的缺点,如:重金属毒性、复杂且昂贵的制造工艺、低温工作条件以及高能耗等,这些不足严重阻碍了它们的进一步广泛应用。随着各领域对高性能红外光电探测器不断增长的需求,亟需从材料和器件结构等角度来抑制光电探测器的暗电流、提高光响应,大幅降低红外探测器的尺寸、重量、功耗和价格,以提高器件性能。为了满足这些需求,迫切需要寻找新型的红外材料和新的器件结构。近期,具有独特光电特性的二维纳米材料为研制先进的光电器件提供了新的平台。其中,二维过渡金属硫属化合物（TMDs）具有宽可调带隙、高载流子迁移率和优异的化学稳定性,是构建宽波段光电探测器的理想材料。但是,超薄二维材料的较弱光吸收特性带来了其较差的探测性能。为了提高对入射光的吸收,设计构建二维/三维混合维度范德华异质结构是有效的策略之一。由于二维层状材料表面无自由悬挂键,因此其有不依赖晶格匹配的特性,可与其它材料构建高品质范德华异质结构,这种混合维度范德华异质结能够有效地提高对入射光的吸收效率。同时,三维材料的丰富性为设计构建异质结器件提供了灵活的材料选择。此外,超薄的结区耗尽层和异质结内建电场可加速光生电子-空穴对的分离,为设计新型高性能光电探测器开创一种新的思路。为了实现高性能的红外探测,在本研究中,我们分别合成了大面积二维MoS₂和WS₂薄膜,并分别与三维GaAs块体结构构建了混合维度异质结红外光电探测器。主要研究成果如下:一、通过热分解法在管式炉中成功合成了大面积的二维MoS₂和WS₂薄膜,并利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、原子力显微镜、拉曼光谱仪、场发射扫描电子显微镜等表征手段对所合成的二维薄膜晶体结构和成分、形貌、厚度等进行了表征,结果说明我们成功制备出高质量的二维MoS₂和WS₂薄膜。二、制备了MoS₂/GaAs混合维度范德华异质结自驱动型红外光电探测器。该异质结光电探测器具有从深紫外（DUV）到近红外（NIR）的宽光谱响应特性。在780 nm光照下,该探测器在自驱动模式（零偏压）下的响应度为35.2 m A/W,比探测率为1.96×10¹³Jones,响应速度为3.4/15.6μs。三、制备了WS₂/GaAs II型范德华异质结型自驱动宽波段光电探测器。该探测器对200 nm-1550 nm的宽波段光谱具有明显的光响应特性。在零偏压下,该器件具有低至59.7 p A的暗电流。在808 nm近红外光照下该器件展现出高达527m A/W的响应度,10⁷的超高的电流开关比,1.03×10¹⁴ Jones的比探测率,实现17 n W/cm²的最小探测光功率密度以及高达80%外量子效率。同时该器件具有高达10 k Hz的3 d B截止频率和21.8/49.6μs的响应速度。此外,该探测器也具有优秀的近红外成像能力,可以用作红外图像传感器。