高温工作探测器是第三代红外焦平面发展的重要方向之一。带间级联探测器结合了势垒结构与多级吸收区结构的特点，通过多量子阱弛豫和隧穿实现光生载流子单方向输运，可以有效降低来自PN结耗尽区的产生-复合暗电流；利用多级短吸收区结构，在扩散长度很短的情况下仍然可以有效地收集光生载流子，从而可以提高探测器在高工作温度下的探测性能。本文主要介绍了作者在带间级联红外光电器件方面的研究进展，包括高工作温度带间级联探测器、高带宽带间级联探测器以及带间级联发光器件等。

红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式，具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点，在航天遥感、**装备、天文探测等方面都有广泛应用。至今，二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备，高端三代也在逐步推进实用化，并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件。本文聚焦国内外的红外技术研究现状，重点介绍红外光电探测器当前的研究热点与未来的发展趋势。首先，介绍针对战术泛在化、战略高性能的SWaP³概念。其次，综述以超高空间分辨率、超高能量分辨率、超高时间分辨率、超高光谱分辨率为特征的高端三代红外光电探测器，分析挑战光强探测能力极限的红外探测器的技术特征与实现方法。然后，论述基于人工微结构的四代红外光电探测器，重点介绍偏振、光谱、相位等多维信息融合的实现途径与技术挑战。最后，从片上数字化升级为片上智能化的角度，探讨未来极具变革性趋势的红外探测器。

研究了InAs/GaSb II 类超晶格长波探测器的γ 辐照效应.在60Co源γ 辐照下器件的电流—电压(I-V)特性并未随辐照剂量的增大而发生显著的变化, 100 krad (Si)辐照剂量下的零偏阻抗相较辐照前的减小率仅为3.4%, 表明该探测器具有很好的抗辐照性能.结合不同辐照剂量下的实时I-V特性曲线和辐照停止后器件电流随时间的演化情况, 对辐照所带来的器件性能的损伤以及微观损伤机理进行了分析.发现零偏压和小反向偏压下, 辐照开始后电流即有明显增大, 辐照损伤以暂态的电离效应为主导, 器件性能可以在很短时间内恢复.而大反向偏压下器件暗电流的主导机制为直接隧穿电流, 辐照所引入位移效应的影响使得暗电流随辐照剂量增大而减小, 损伤需通过退火效应缓慢恢复, 弛豫时间明显长于电离效应损伤.

甚长波红外波段富含大气湿度、CO2含量及云层结构和温度轮廓等大量信息, 是大气遥感的重要组成部分。设计了一种32×32甚长波红外焦平面阵列, 采用在ZnCdTe衬底上液相外延生长的As掺杂p型材料上进行B+离子注入形成光敏元, 通过铟柱倒焊技术和带有改进型背景抑制结构的读出电路互联, 制成截止波长达到14 μm的焦平面器件。该红外焦平面器件像元面积为60 μm×60 μm, 工作温度在50 K温度下。测试结果显示: 读出电路性能良好, 焦平面黑体响应率达到1.35×107 V/W, 峰值探测率为2.57×1010 cmHz1/2/W, 响应率非均匀性约为45%, 盲元率小于12%。

红外焦平面器件广泛应用于**安全、空间探测、环境监测、工业控制等各个领域, 但是由于量少价高的特点, 可靠性成为其技术发展的主要瓶颈之一。盲元是红外焦平面的失效像元, 是对器件工作特性的反映, 因此, 可以用作可靠性评价和失效分析手段的重要参数。以出厂时间为界, 将盲元分为初始盲元和使用盲元, 并分析了其类型、性质、数量、位置及分布等方面的特征。根据红外焦平面器件结构特点, 从探测器、互联铟柱和读出电路三个方面分析了盲元形成原因, 全面探讨了盲元分析在研究器件损伤应力、失效位置、损伤机理上的应用, 以及准确评价器件性能和提高盲元剔除精度的可行性, 为器件结构的优化和工艺的改进提供了支撑。

甚长波红外(VLWIR)波段富含大气湿度、CO2含量及云层结构和温度轮廓等大量信息，是大气遥感的重要组成部分。为了满足现阶段甚长波红外探测器对读出电路高注入效率、大动态范围、稳定的探测器偏压、长积分时间等需求，设计了一种具有记忆功能背景抑制结构的共享型读出电路。该电路采用2×2四个相邻的探测器像元共用一个读出电路单元的共享缓冲直接注入级(SBDI)结构，增大了单元电路的面积，在单元内实现了具有记忆功能背景抑制结构的设计，其总积分电容达到8.8 pF，有效延长了积分时间和红外焦平面的信噪比(SNR)，并改善了动态范围和对比度。基于HHNEC CZ6H 0.35 μm 1P4M标准CMOS工艺，完成了电路的流片制造。仿真及测试结果表明：在50 K温度下电路功能正常，其动态范围大于90 dB，线性度优于99.9%，积分时间可达74 μs，达到了设计要求。该读出电路适用于甚长波红外探测器。