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宽光谱光电探测器的革新与新型窄/零带隙光电材料的发现和应用紧密相关。自石墨烯（Graphene,Gr）红外光电探测器成功制备以来,将半金属材料用于构建室温高速红外宽光谱光电探测器的可行性逐渐得到确认。近些年,随着物质中存在拓扑量子态（例如狄拉克费米子、外尔费米子）的特性在理论和实验上得到证实,新型量子材料体系迎来了蓬勃发展的高速时期,其研究范畴已从最初的石墨烯拓展到包括狄拉克/外尔半金属、外尔半导体和拓扑绝缘体等在内的多个分支体系。因这些材料中都存在着特殊的量子态,且均能表现出半金属特性,也有研究者将其称为半金属量子材料。该类材料体系中所具有的新颖物理特性（包括超高的电荷迁移率、强的光与物质相互作用、优秀的宽光谱吸收能力和拓扑零/窄带隙的能带结构等）使其有望应用于中/远红外波段的宽光谱探测领域,并有潜力打破传统红外光电探测器的性能限制,为构建室温高速宽光谱光电探测器提供了理想的材料载体和新的发展机遇。本论文以具有量子特性的半金属材料为主要研究对象,包括砷化镉（Cd3As2）、掺锌砷化镉（Zinc doped Cadmium Arsenide,ZCA）、碲（Te）和碲化铋（Bi2Te3）,针对其在宽光谱探测领域中的研究现状和存在的科学问题,通过结合材料制备工艺、器件结构优化策略和光电探测机理等途径,对这些半金属材料及其异质结构光电探测器的光电性能进行了研究、分析与讨论。论文主要研究内容包括以下四个部分:1.以物理气相传输法（Physical Vapor Transport,PVT）生长的三维（Three-Dimensional,3D）狄拉克半金属Cd3As2纳米片为基础,制备了Cd3As2纳米片光电导探测器以及Cd3As2/酞菁铜（Cu Pc）、Cd3As2/二硫化钨（WS2）异质结光电探测器,并对其在可见光-近红外波段的光电探测性能进行了研究。由于异质结的形成,Cd3As2/Cu Pc探测器中的暗电流噪声在一定程度上得到了抑制,其在808 nm光照下的归一化探测度（Normalized detectivity,D*）最大值约为7.83×1010Jones。通过进一步将Cd3As2纳米片与二维（Two-Dimensional,2D）WS2相集成,制备的Cd3As2/WS2范德瓦斯异质结可以更有效的提升狄拉克半金属Cd3As2基光电探测器信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR）,其在808 nm光照下的D*最大值可达2.1×1014Jones,且响应度（Responsivity,Ri）和响应速度（τ）等性能均得到了显著优化。该部分内容为抑制3D狄拉克半金属光电探测器的暗电流、提升其信噪比提供了可参考的方法与策略。2.为了实现3D狄拉克半金属材料光电探测器的阵列化探测目标,以分子束外延法（Molecular Beam Epitaxy,MBE）制备的Cd3As2薄膜为基础,通过锌（Zn）原子掺杂的途径对Cd3As2薄膜中的表面电荷浓度进行了调控。在获得较好光电性能的掺杂砷化镉（ZCA）薄膜基础上,对其异质结构线列探测器的光电性能进行了研究。构建的ZCA/In2Se3异质结光电探测器可以在零偏压下进行探测,其在450nm波段处的D*最大值约为4.55×1011Jones。进一步制备的3D狄拉克半金属ZCA/Sb2Se3异质结背靠背（Back to Back,BTB）光电探测器即使在高偏压下也具有接近10~4的较高信噪比,其在450 nm波段处的D*可达5.2×1012 Jones,实现了从可见光到中红外（450-4500 nm）波段的室温高速宽光谱光电探测目标。3.以MBE生长的半金属Te薄膜为基础,对Te薄膜及其异质结构探测器的光电性能展开了研究。制备的Te/Sb2Se3光电探测器可以实现从可见光到中红外（405-4500 nm）波段的宽光谱探测目标,其在808 nm波段的峰值Ri和D*分别可达110.8 A/W和2.09×1013 Jones。此外,以C60为电荷调控媒介质,构建的Te/C60/Sb2Se3异质结构光电探测器可以呈现出与波长及功率密度相依赖的双向光电流输出现象。该工作为未来发展基于光调控的多功能光电逻辑器件提供了参考材料体系。4.为了实现半金属Te基化合物的室温高速宽光谱探测目标,进一步对2D碲化物原子晶体Bi2Te3及其异质结构光电探测器的探测性能进行了研究。通过MBE在GaAs（111）B衬底上外延了生长大面积高质量的Bi2Te3薄膜,并以石墨烯为电荷收集介质构建了石墨烯（Gr）/Bi2Te3/GaAs异质结光电探测器。该器件在室温下具有微秒量级的光响应速度和从可见光到中红外波段（405-4500 nm）的宽光谱探测性能,为开发基于2D碲化物量子材料的新型高速宽光谱光电探测器提供了有效的参考范例。全文以新型半金属材料在宽光谱探测领域中的应用为出发点,通过与其它半导体材料相结合构建了半金属材料异质结构探测器,实现了从可见光到中红外波段的室温高速宽光谱光电探测目标,为发展新型红外宽光谱探测器提供了参考。