掺铋（Bi）光纤由于其超宽带近红外发光性能引起了广泛关注，然而实现U波段高效放大的高锗（Ge）掺铋光纤在国内依然尚未研制成功，这是因为在掺铋光纤中实现高掺锗是一项极具挑战的工艺难点，同时如何实现Bi向Ge相关铋活性中心高效转化也是一个难题。基于改进的化学气相沉积技术，制备了一种纤芯GeO₂摩尔分数约为42%的高锗掺铋光纤。其吸收测试结果显示，在1650 nm处出现明显的Ge相关铋活性中心的吸收峰。通过单级放大系统表征了其放大性能，在1670 nm处实现了26.3 dB的最高增益，增益效率达0.165 dB/mW。

采用化学气相沉积方法和逆向气流策略，成功地可控合成了均匀、平整、结晶良好的单层、2H相、3R相以及螺旋结构硒化钨（WSe₂）单晶，利用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼和光致发光光谱等表征进行测试分析，证实了WSe₂具有优异的晶体质量。通过精确控制炉腔温度分布实现了不同原子层堆垛方式的生长调控，利用过饱和度理论分析推测出螺旋堆垛及位错臂的数量与不同过饱和度分布之间的关系，在螺旋的WSe₂结构中观测到了两个数量级的二次谐波产生（SHG）增强，通过SHG偏振特性表征螺旋结构的偏转角度，揭示了层间耦合作用和内部应变对螺旋堆垛的影响，有助于推动二维半导体多相可控生长和光电物性调控研究。

界面工程是提高光电探测器性能的有效方法之一。报道了基于界面工程调控的石墨烯（Gr，2D）/GaN（3D）范德瓦耳斯异质结紫外光电探测器。GaN吸收光子产生电子空穴对，并在内建电场作用下发生分离。其中，光生空穴利用隧穿效应向Gr一侧迁移，而光生电子向GaN一侧迁移。在较高的电场驱动下，载流子将发生碰撞，造成光电流倍增，使得器件的光吸收效率与光电转化效率有明显提升。因此，器件在-2 V偏压条件和5 μW/cm²紫外光照射下，展示出较高的响应度（395.2 A/W）和较大的探测率（4.425×10¹⁵ Jones）值。该研究丰富了界面工程技术在Gr基紫外光电探测器的应用，为制备高性能紫外探测器提供了可能。

作为一种重要的中长波红外窗口材料,元素级ZnS具有良好的光学性能和力学性能。目前，高超声速飞行器的发展迫切需要开展元素级ZnS红外窗口的高温性能研究。本文研究了不同温度下元素级ZnS的高温性能，结果表明，元素级ZnS的辐射率随着波长增大而增加，且同一波长下随温度的升高而增加，500 ℃时，在3～5.5 μm平均法向光谱辐射率小于0.05，7～10.5 μm平均法向光谱辐射率小于0.10。在2～9.5 μm，温度对透过率影响并不大，在9.5 μm后，随着温度的升高，透过率明显降低。折射率、热光系数和线膨胀系数随温度的升高而增大。温度对弯曲强度几乎无影响，弹性模量随温度升高而降低，800 ℃时的弹性模量与室温下的相比下降约30%。

化学气相沉积(CVD)ZnS、ZnSe具有较高的红外透过率及良好的光学、力学性能，是红外军用探测系统首选的红外光学材料。大尺寸、高均匀性ZnS、ZnSe材料的制备是未来研究的重要课题。本文介绍了CVD的原理及在沉积过程中存在的主要问题，阐述了高性能红外材料必备的光学性能，综述和分析了CVD ZnS、CVD ZnSe的研究进展，以及这两种材料主要缺陷形成机理与工艺控制研究。旨在改进生产工艺参数，为批量化制备高性能ZnS、ZnSe材料提供理论参考，以满足其在**领域上的应用。

二维(2D)石墨烯具有原子层厚度, 在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力。目前, 化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法, 满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求。然而, 由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性, 导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差。为此, 通过高温退火工艺制备了Cu (111)单晶衬底, 使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制, 从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备。根据二者的晶格匹配关系, Cu (111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向, 相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起。单晶石墨烯具有高电导率, 相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1 415.7 Ω·sq-1), 其平均薄层电阻低至607.5 Ω·sq-1。高温退火能够清洁铜箔, 从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯。将石墨烯用于场效应晶体管(FET), 器件的最大开关比为145.5, 载流子迁移率为2.31×103 cm2·V-1·s-1。基于以上结果, 相信本工作中的单晶石墨烯还满足其他高性能电子器件的制备。

本文以单丁基三氯化锡(MBTC)为锡源，氟化铵(NH4F)为氟源，甲醇为溶剂，六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)为镍源，采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)制备了镍掺杂FTO薄膜。利用分光光度计、四探针电阻仪及霍尔效应测试仪对镍掺杂FTO薄膜的光学性能、电学性能进行表征和分析，并基于第一性原理对掺杂体系的电子结构进行了计算。结果表明，Ni掺杂的FTO薄膜为四方金红石结构，导电性能有所提高。当Ni/Sn为2%(原子数分数)时，品质因数ΦTC达到3×10-2 Ω-1，电阻率ρ为3.79×10-4 Ω·cm，可见光平均透过率约为80%，载流子浓度n为6.88×1020 cm-3，迁移率μ为13.31 cm2·V-1·s-1。

采用等离子喷涂-化学气相沉积法制备Bi2O3薄膜，并研究了沉积温度和热处理温度对于Bi2O3薄膜形貌和成分的影响。用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜对该薄膜形貌和成分进行了表征，通过紫外-可见光漫反射光谱仪研究了不同热处理温度下α/β-Bi2O3禁带宽度的变化。结果表明：沉积温度和热处理温度影响Bi2O3薄膜的微观形貌，同时影响α和β两相的相比例，但沉积温度的影响显著大于热处理温度；随着热处理温度升高，β相转化为α相的比例越来越高，α-Bi2O3和β-Bi2O3的禁带宽度都有所增加；最后，通过对甲基橙和双酚A的降解证明了Bi2O3薄膜具有良好的光催化降解性能。

单晶金刚石作为一种性能优异的半导体材料，在功率器件、深空探测等领域具有广阔的应用前景。然而采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备的单晶金刚石通常含有大量的缺陷，尤其是位错，严重限制了其电学性能的发挥。横向外延生长是半导体材料中常用的缺陷调控方法，近年也被应用于金刚石材料制备领域。本研究首先通过金属催化等离子体刻蚀在单晶金刚石籽晶上构造图形阵列，从而为同质外延单晶制备创造横向生长条件；随后通过MPCVD法在此基础上进行单晶金刚石制备，研究了横向外延生长过程并对样品进行了激光共聚焦显微镜、偏光显微镜、Raman光谱和缺陷密度测试。测试表明该方法能够稳定可控的制备图形化生长所需的阵列并降低生长层的缺陷密度。