2004年石墨烯的发现打开了研究二维材料的大门。得益于石墨烯极高的载流子迁移率，基于它的电子器件的频率很高，光电探测器的探测带宽非常宽。但由于石墨烯缺少禁带，限制了它在场效应管方面的应用，因为功耗会特别大。但得到它的启发，随后大量的研究工作又开始集中在其他新型的二维半导体上，比如过渡金属硫化物和黑磷，它们具有与石墨烯类似的层状结构，但是会有一定的禁带宽度，并且表现出一些更加新颖的电学与光学性质。二维半导体体系是一个丰富、完备并且在很多领域有着巨大应用价值的材料体系，但为了缩短它与实际应用的距离，还有很多工作需要去做，这样才能充分挖掘不同二维材料的优点，以及获取改变其性质的方法。本论文的主要工作集中于几种新型的二维半导体材料以及基于它们的纳米器件的光电性能上，包括以下内容:　　(1)薄层黑磷晶体是最近被发现的很受欢迎的一种新型二维材料，因为它具有可调节的直接带隙，优秀的物理性质以及在光电领域巨大的应用潜力。在我们的工作中，首先研究了黑磷薄层的拉曼特性，包括随着层数改变的拉曼峰频率偏移，以及随着激发光偏振方向改变的拉曼峰强度变化。同时也研究了基于黑磷的场效应管的电学性质以及对不同波长激光的光响应特性。其电学参数例如开关比、载流子迁移率以及光响应等都与黑磷薄层的层数有密切关系。在室温下，15nm的黑磷薄层场效应管具有明显的双极性，但主要显P型，空穴迁移率和电子迁移率分别为240cm2V-1s-1和2cm2V-1s-1;然而9nm黑磷薄层场效应管则只显示P型。基于黑磷薄层光探测器在可见至红外的激光照射下，其光响应灵敏度都可达到几十mA/W，证明了它优秀的光响应性能以及广的探测带宽。此外，9nm黑磷薄层对1550nm的激光光响应度可达64.8mA/W，反而比厚的黑磷薄层光响应要高。这些性质的改变主要是由于不同厚度下不同的氧化程度造成的。　　(2)利用Nb掺杂的方法，使本征为P型的ReSe2的导电类型转变为了N型。同时测量了基于Nb掺杂的ReSe2纳米片器件的电学特性与光响应。其迁移率与本征的ReSe2比相差不大，大概都在0.1cm2V-1s-1。通过理论计算，证明通过Nb掺杂，确实有两条杂质能带被引入到了ReSe2的禁带当中，实验证明，杂质能带起到的是施主能带的作用。此外，Nb掺杂ReSe2展示出对不同可见激光的高响应度，在532nm激光的激励下，最高光响应度可达11.7A/W，外量子效率可达2730％，载流子迁移率受到光的激励可提升至1cm2V-1s-1。本工作表示通过Nb掺杂可以改变ReSe2的极性，并且能保持其电学性能以及好的光电特性。　　(3)本部分工作证明了基于TiS3纳米带的光电探测器对从可见到近红外的偏振光有着极高的灵敏度，这得益于它平面内的高度不对称性。通过密度泛函理论的计算，TiS3的禁带宽度为1.13eV，同时对不同偏振方向的入射光吸收有巨大差别。实验测得它的光响应灵敏度可达2500A/W。更重要的是，由于极强的平面光学选择性，使得它对不同偏振方向的入射光的光响应灵敏度之比最高可达4∶1。实验探测到的随偏振方向角度变化的光电流清晰地展示了其二向色性。此外，其370cm-1的拉曼峰的强度也对激发光的偏振方向非常敏感。TiS3的理论计算用的是HSE06杂化泛函方法，其计算结果与实验结果是相符合的。