随着信息化时代的高速发展，对微电子器件中光电材料的选择、新功能的开发提出了更高的要求。传统光电器件大多利用半导体材料在光照下电导率增加的正光电导性效应进行功能化设计。近年来，研究发现还存在另一种反常的光电导效应——负光电导（Negative photoconductivity，NPC），即在光照条件下电导率降低，由于其在光电探测、逻辑器件、神经形态器件、低功耗非易失性存储器方面的潜在应用而备受关注。NPC的产生机制一般包括载流子的俘获效应、表面分子的吸附-解吸、表面等离子体极化激元和局域表面等离子体共振、光辐射热效应等。本文详细讨论了不同光电器件中NPC产生的物理机制，分析了材料选择、器件结构设计、能带结构变化对不同异质结器件中NPC效应的影响，概括了光电器件中负光电导效应的实际应用，这为光电器件的性能优化和新型光电器件设计提供了重要参考，为未来异质结光电信息器件实现尺寸更小、光导增益更高、速率更快、功耗更低奠定了科学基础。

近年来, 全无机铯铅卤化钙钛矿CsPbX₃(X=Cl, Br, I)纳米晶(NCs)材料因具有长载流子寿命、强光吸收、低成本制造和带隙可调性等独特的性能已成为研究的热点, 但专注于CsPbBr₃纳米晶瞬态光电导的相关研究却很少。本工作通过配体辅助再沉淀法制备了CsPbBr₃纳米晶体, 并改进了光电导薄膜样品的制样方法和真空瞬态光电导测试装置, 研究了不同温度和不同激发功率对CsPbBr₃纳米晶瞬态光电导的影响。不同温度的瞬态光电导实验结果表明, 在133~273 K温度范围内, 光生电流衰减速率随着温度增加而逐渐减小, 而在273~373 K温度范围内, 光生电流衰减速率随着温度升高而逐渐增大。不同激发功率的瞬态光电导实验表明, 激发功率从200 mW逐渐增大到1000 mW时, 光生电流衰减速率增大。本工作的研究方法为研究光激发光生载流子的动力学相关行为提供了一个的新思路。

为提高太赫兹光电导天线输出效率，提出了一种基于层级人工等离激元结构的光电导天线的设计方法。层级人工等离激元结构由纳米尺度金属块阵列和微米尺度周期栅格结合而成，理论与仿真结果表明，前者通过人工局域表面等离激元谐振效应可提高光子-电子转换效率，后者则利用人工表面等离激元结构基模的禁带和高阶模式与电流源模式之间的正交性增强了光电导天线的垂直方向性。集成了层级人工等离激元结构的光电导天线结合了两种结构的优点，数值计算结果表明，其输出效率优于分别采用两种结构的方案。相较于未改进的光电导天线，层级人工等离激元结构在较宽频带范围内（0.86~1.51 THz）实现了光电导天线垂直方向辐射功率密度的提高。

基于TCAD数值仿真软件，建立了异面结构砷化镓光导开关（GaAs PCSS）的二维数值计算模型，研究了触发区域宽度对GaAs PCSS输出特性影响。首先分析了PCSS的瞬态导通特性，结果表明，急剧增加的载流子浓度与快速演化的空间电离畴使PCSS工作在超快速导通模式。基于此，研究了触发区域宽度对PCSS输出特性影响，结果表明，宽度变大会促进载流子密度急剧倍增和雪崩电离畴的快速演化，缩短PCSS的延迟时间和导通时间。研究分析了不同触发位置对延迟时间与导通时间影响，结果表明，阴极触发的延迟时间明显低于阳极触发，而导通时间受触发位置的影响不显著。

考虑外加磁场导致的量子化朗道能级以及邻近效应诱导产生的交换作用，采用无规相近似（Random-phase approximation，RPA）下的介电函数对单层二硫化钼（Monolayer molybdenum disulfide，ML-MoS₂）的纵向磁光电导率进行理论研究。探究了磁场、邻近效应诱导产生的交换作用等因素对纵向磁光电导率的影响。在太赫兹（Terahertz，THz）频段，可以看到由导带内电子跃迁所贡献的两个磁光吸收峰。在可见光频段，可以观察到从价带到导带电子跃迁所贡献的多个磁光吸收峰。研究结果表明，邻近效应诱导产生的交换作用和磁场强度对纵向磁光电导率有重要的影响，单层二硫化钼可应用于可见光到太赫兹频段的自旋电子学和谷电子学磁光器件。

光电导太赫兹源（Photo-Conductive Antenna，PCA）已广泛用于太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）。在THz-TDS系统中，处于偏置状态的PCA被飞秒激光触发因光生载流子，在偏置电场下的加速运动而向自由空间辐射太赫兹波，同时在PCA偏置回路中形成脉冲电流。通常给PCA加载偏置电压的回路有不同结构的电路设计，导致PCA装架的基板回路不可避免地存在一定电感，由此引起的电磁惯性会显著影响回路中脉冲电流的脉宽，电流脉冲的脉宽会随回路电感的增大而展宽。那么PCA回路电感是否会影响PCA向自由空间辐射THz波的特性，这是设计PCA基板电路面临的问题所在。本文尝试在PCA回路中加入不同电感值的电感元件，通过实验测试了PCA辐射THz波的时域波形和频谱，结果表明，PCA回路电感的数值对PCA辐射THz波没有明显影响，从而对不同场合应用的PCA基板结构和电路设计提供了实验基础。