由于光电方面的应用,半导体纳米材料是近几十年很有潜力的研究领域。由于量子限制效应和大的表面积体积比,纳米材料具有与体材料完全不同的性质。在本论文中,我们研究了不同的半导体纳米结构,包括硫化锌（ZnS）纳米颗粒,砷化镓（GaAs）纳米线和氧化锌（ZnO）纳米带的众多应用,如场效应晶体管、光电探测器、单光子晶体管和单电子泵浦器件等。我们首先利用化学沉淀技术合成了ZnS纳米颗粒（NPs）,并通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）确定了NPs的清晰形貌和平均直径约为20 nm的球形形状。通过温度范围300K到400K下的直流电导率和阻抗谱分析了ZnS纳米颗粒的电导机制和介电性质,并由此研究了其极化性质。通过对降低的场系数的实验数据的分析,我们确定了K.Richardson Schottky发射机制在传输中占主导。介电分析表明Maxwell-Wagner-Sillars（MWS）界面极化是低频下介电常数和介电损耗增加的原因。外部催化辅助的纳米线生长过程会引入外来的杂质,故损害纳米器件的性能。而自催化辅助生长的纳米线具有均匀的形貌和排除杂质的双层结构,因此可以极大地提高器件的性能。我们制备了基于自催化生长的GaAs单纳米线的场效应晶体管,并深入研究了其温度依赖的传输特性。室温下GaAs场效应晶体管的载流子迁移率为0.05 cm2/V-sec,而低温下则为0.0005 cm2/V-sec。室温下低的迁移率是由于粗糙界面的散射效应和表面态对载流子的捕获效应。而低温下的低迁移率则可归因于降低的载流子的热激活能。光电器件也会受到纳米线中缺陷的显著影响,如堆垛层错可以形成载流子传输的障碍,杂质（金）的引起的深能级会形成载流子陷阱和非辐射复合的中心。因此自催化生长的纳米线是光电器件的最佳候选对象。我们制备了基于自催化生长的P型GaAs单纳米线光电探测器,由于没有堆垛层错和大量缺陷带来的深能级,光电探测器在632.8 nm的弱光信号下具有1.45 x 105 A W-1室温光响应度和优秀的高达1.48x 1014Jones的比探测率。GaAs纳米线的无缺陷结构也通过光致发光谱得到了确认。这些结果论证了自催化生长的纯闪锌矿结构的GaAs纳米线在光电应用方面有很大的潜力。量子计算需要完全控制单电子的自旋,而稀磁半导体（DMSs）已被用于此目的,但其较低的居里温度限制了器件的性能,因此人们需要可以在室温工作的宽带隙材料。我们制备了基于宽带隙的氧化锌（ZnO）纳米带（NB）的单电子器件并在4.2K下观测到了明显的库伦振荡。库伦菱形的周期表明库伦振荡发生于均匀尺寸的单量子点（QDs）,同时库伦菱形的准周期对应于纳米带中多点的贡献。量子点中单点和多点的单电子的充电能计算为4 meV和5 meV,其对应的量子点直径分别为86 nm和70 nm。我们还观测到了通过改变单门电压的频率观测到了精细的单电子泵浦效应,表现为电流的增加与电子的充电频率完全相等。精确的单电子泵浦可用于单电子的自旋注入和基于ZnO纳米带器件的探测,这在量子计算和信息技术中有广阔的应用前景。