利用分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)系统生长了In掺杂硅基碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)材料。通过控制In源温度获得了不同掺杂水平的高质量MCT外延片。二次离子质谱仪(Secondary Ion Mass Spectrometer, SIMS)测试结果表明, In掺杂浓度在1×1015~ 2×1016 cm-3之间。表征了不同In掺杂浓度对MCT外延层位错的影响。发现位错腐蚀坑形态以三角形为主(沿<111>方向排列), 且位错密度与未掺杂样品基本相当。对不同In掺杂浓度的材料进行汞饱和低温处理后, 样品的电学性能均有所改善。结果表明, In掺杂能够提高材料的均匀性, 从而获得较高的电子迁移率。

对HgCdTe红外探测器CdSexTe1-x衬底材料的分子束外延生长条件、组分调整等进行了简单介绍。生长条件包括生长结构(主要有CdSexTe1-x/CdTe/ZnTe/Si、CdSexTe1-x/ZnTe/GaAs等)、生长温度(300℃左右)、生长厚度(5 m左右)等。组分调整包括分析Se组分随(JSe+JTe)/JCd和JSe/(JSe+JTe)的变化。JSe/(JSe+JTe)值较小时, Se组分较难融入外延层; JSe/(JSe+JTe)值较大时, Se组分增长较迅速。同时, 若JSe/(JSe+JTe)值较小, 则Se组分增长趋势相对较易控制。当JSe/(JSe+JTe)值一定时, Se组分随着(JSe+JTe)/JCd的减小而增大。Se组分变化的突增点随(JSe+JTe)/JCd值的减小而增大。本文可为高性能HgCdTe红外探测器的制备提供一定的参考。

硅与碲镉汞之间的外延碲化镉缓冲层能够减小外延过程中产生的高达107 cm-2的位错密度, 高温热退火是抑制材料位错的有效方法之一。传统的离位退火技术会导致工艺不稳定和杂质污染等, 而原位退火则可有效解决这些问题。利用原位退火技术对分子束外延生长的硅基碲化镉材料进行了位错抑制研究。对厚度约为9 m的碲化镉材料进行了6个周期不同温度的热循环退火, 并阐释了不同退火温度对硅基碲化镉材料位错的抑制效果。采用统计位错腐蚀坑密度的方法对比了退火前后材料的位错变化。可以发现, 在退火温度为520℃时, 位错密度可以达到1.2×106 cm-2, 比未进行退火的CdTe材料的位错密度降低了半个数量级。

为了验证外延材料制备工艺试验的正确性，减少GaSb衬底对红外光的吸收，同时提升探测器的可靠性和长期稳定性，需要对II类超晶格红外探测器的GaSb衬底进行减薄处理。采用机械抛光法和机械化学抛光法实现II类超晶格探测器的GaSb衬底背面减薄，最后利用专用腐蚀液腐蚀的方法将GaSb衬底全部去除，使II类超晶格材料完全露出。扫描电镜测试表明，超晶格材料腐蚀阻挡层能起到较好的阻挡作用，材料表面光滑，衬底无残留。探测器性能测试结果表明，减薄后的探测器芯片性能未发生变化。

为了更有效地抢占新型资源，各个国家都致力于航空、航天和海洋等空间的探索，以占据最大的优势位置。光电系统在资源占领过程中起决定性作用。针对其核心部件——光电探测器，介绍了量子点、石墨烯、过渡金属硫化物和黑磷等新型探测器材料的基本结构、特点以及发展现状，并就未来发展方向和应用领域进行了预测。

聚焦离子束扫描电子显微镜(Focused Ion Beam Scanning Electron Microscope, FIB-SEM)双束系统结合了扫描电子显微镜与聚焦离子束系统的优势。基于该系统的高分辨率、原位加工及观测的特点, 研究了它在缺陷与像元解剖分析、透射电镜样品制备以及电路修复等方面的应用。详细介绍了用FIB-SEM系统定位问题像元的方法和修复电路的具体过程, 并阐明了它对红外焦平面探测器研制的重要作用。该系统是高性能红外探测器研制过程中不可或缺的重要表征手段。

为提升大面阵II类超晶格红外探测器的性能、产量和材料质量，对3 in长波InAs/GaSb II类超晶格分子束外延(Molecular Beam Epitaxy, MBE)生长工艺优化进行了研究。结合反射式高能电子衍射（Reflection High-Energy Electron Diffraction, RHEED）条纹研究了不同的去氧化层温度和生长温度对3 in外延片质量的影响。使用光学显微镜、原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)、表面颗粒检测仪、白光干涉仪、高分辨X射线衍射仪（High-Resolution X-Ray Diffractometer, HRXRD）以及X射线衍射谱模拟分别对外延片的表面形貌、均匀性和晶格质量进行了表征。优化后外延片1 μm以上缺陷的密度为316 cm-2，粗糙度为0.37 nm，总厚度偏差(Total Thickness Variation, TTV)为19.6 μm，77 K下截止波长为9.98 μm。在2 in长波II类超晶格分子束外延生长工艺的基础上，研究了增大GaSb衬底尺寸后相应生长条件的变化情况。这对尺寸增大后III-V族分子束外延工艺条件的调整具有参考意义，也为锑基II类超晶格红外探测器的面阵规模、质量和产能提升奠定了基础。

InAs/GaSb II类超晶格材料是第三代红外焦平面探测器的优选材料。报道了一种面阵规模为320×256、像元中心距为30 m的InAs/GaSb II类超晶格长波红外焦平面器件。在77 K时，该器件的平均峰值探测率为7.6×1010 cm?Hz1/2?W-1，盲元率为1.46%，响应非均匀性为7.55%，噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为25.5 mK。经计算可知，这种器件的峰值量子效率为26.2%，50%截止波长为9.1 m。最后对该器件进行了成像演示。结果表明，该研究为后续的相关器件研制奠定了基础。

由于具有带隙可调、电子有效质量大、俄歇复合率低等特点，II类超晶格在长波红外和甚长波红外探测方面具有独特优势。介绍了长波超晶格探测器制备方面的研究进展，包括能带结构设计、表面缺陷控制、周期结构控制和表面钝化。最后报道了320×256长波超晶格焦平面阵列及其测试性能。结果表明，在77 K工作温度下，该阵列的截止波长为9.6m，平均峰值探测率D*为7×1010 cm?Hz1/2/W，噪声等效温差 (Noise Equivalent Temperature Difference, NETD)为34 mK，响应非均匀性为7%。

基于nBn结构的InAsSb器件具有扩散电流极限低、造价低廉、容易实现大面阵以及可兼容现有III-V族二极管电路等诸多优点，是小型化、低功耗、低成本、高分辨率中长波探测器的首选之一。在InAsSb材料的外延生长过程中，As的组分很难精确控制。为了找到允许的误差范围，研究了用分子束外延 （Molecular Beam Epitaxy, MBE）工艺生长InAsSb材料过程中As组分对材料表面形貌、晶格质量以及器件截止波长等方面的影响。试验结果表明，在保证材料外延厚度小于临界厚度的前提下，材料对压应力的容忍程度比拉应力高。将As组分控制在略小于91%的范围内，不但可以保证材料的质量，而且还能略微增大器件的响应波长。