提出了全外延技术方案制备阻挡杂质带薄膜,避免了离子注入制备背电极层影响外延薄膜质量的技术难点.基于硅器件工艺设计制作了Si:P阻挡杂质带红外探测器.测量了器件的光电流响应谱和暗电流特性曲线,指认了叠加在光电流响应谱上的尖锐杂质峰对应阻挡层中磷原子的杂质跃迁.研究了器件在低温下小偏压范围内的暗电流起源.通过对计算结果分析,排除了该区域暗电流起源于热激发电导和跳跃式电导的可能,指出暗电流来自器件对冷屏的光电响应.器件工作温度5 K,工作偏压1.6 V时,响应波段覆盖2.5~40 μm,峰值波长28.8 μm,峰值响应率20.1 A/W,峰值探测率3.7×1013 cm·Hz1/2/W(背景光子通量低于1013 ph/cm2·s).

通过对甚长波量子阱红外探测器的变温变偏压光谱实验, 发现了光电流谱峰值响应波长与半高宽随偏置电压和温度变化均会发生变化, 尤其以小偏压下峰值移动明显.结合器件能带结构计算的结果, 提出了甚长波量子阱红外探测器中双激发态工作模型, 并阐明了其中束缚态-准束缚态跃迁模式中准束缚态的物理特性, 包括隧穿特性和热离化特性, 以及不同工作条件下这两种物理过程在形成光电流时的主导性.同时, 验证了甚长波量子阱红外探测器件的第一激发态随外界工作条件的变化会呈现出准束缚到准连续的变化特性.最后, 揭示了在甚长波量子阱红外探测器工作中束缚态-准束缚态跃迁工作模式对于降低器件暗电流、提升器件工作温度、提高器件探测率的有效性.