II类超晶格红外探测器一般通过台面结实现对红外辐射的探测，而通过离子注入实现横向PN结，一方面材料外延工艺简单，同时可以利用超晶格材料横向扩散长度远高于纵向的优势改善光生载流子的输运，且易于制作高密度平面型阵列。本文利用多种材料表征技术，研究了不同能量的Si离子注入以及退火前后对InAs/GaSb II类超晶格材料性能的影响。研究通过Si离子注入，外延材料由P型变为N型，超晶格材料中产生了垂直方向的拉伸应变，晶格常数变大，且失配度随着注入能量的增大而增大，注入前失配度为-0.012%，当注入能量到200 keV时，失配度达到0.072%，超晶格部分弛豫，弛豫程度为14%，而在300 °C 60 s退火后，超晶格恢复完全应变状态，且晶格常数变小，这种张应变是退火引起的Ga-In相互扩散以及Si替位导致的晶格收缩而造成的。

带间级联红外探测器可以利用多级吸收区级联的方式实现高的工作温度，但不同的吸收区厚度设计方式会使得器件在不同级数吸收区中出现光生载流子的不匹配现象，从而对器件量子效率造成影响。为更好地理解带间级联探测器的级数和吸收区厚度对量子效率的影响，对基于InAs/GaSb II类超晶格的带间级联探测器进行了变温测试，并基于多级光电流的“平均效应”建立了工作在反向偏置电压的量子效率计算模型，通过与实际测试的量子效率对比，发现在低温条件下实验数据和计算结果拟合一致性较好，验证了多级带间级联探测器中基于内增益机制的光电流平均效应。但在高温条件下，实际的光电流低于“平均效应”的理论计算结果，这可能是由于高温下少数载流子寿命变短，在吸收区和弛豫区界面处存在光生载流子的复合机制。

为了提高红外探测器的工作温度，基于InAs/GaSb II类超晶格材料设计了一种五级带间级联结构中波红外光电探测器，并采用分子束外延技术和标准化光刻及刻蚀技术进行了器件的制备。在77 K时，该器件的50%截止波长是4.02 μm，在0 V时峰值探测率为1.26×10¹² cm·Hz^1/2/W；在300 K零偏压下，该器件的50%截止波长是4.88 μm，峰值探测率为1.28×10⁹ cm·Hz^1/2/W，实现了高温探测。从180 K到300 K，器件的暗电流主要由扩散电流主导。在77 K到220 K温度范围的暗电流曲线中观察到了负微分电阻现象，并解释了峰谷电流比相对于温度变化的趋势。研究结果表明，具有带间级联结构的T2SL探测器可以进行室温工作，在中波范围内有比较明显的优势。

双波段红外探测可对复杂的红外背景进行抑制，在军用目标识别、医疗诊断和污染监测等方面有重要应用价值。基于二类超晶格的双波段红外探测器在成本和性能方面具有很大的优势，成为新型红外探测器领域的研究热点。然而其暗电流和串扰会极大地影响双波段红外探测器的性能。因此，设计了nBn结构的InAs/GaSb超晶格中/长波双波段红外探测器，通过仿真比较不同结构的器件在不同偏压下的中波/长波通道的响应率和暗电流大小，分析势垒层厚度、吸收层厚度、不同区域的掺杂对暗电流和串扰的影响，从而得到最佳的模型参数达到减小暗电流和降低串扰的效果。仿真结果显示：nBn结构的中/长波双波段红外探测器在77 K下，中波通道的暗电流密度为4.5×10⁻⁵ A·cm⁻²，在0.3 V偏压下，2 µm处的峰值量子效率为64%，探测率可以达到3.9×10¹¹ cm·Hz^1/2·W⁻¹；长波通道的暗电流密度为1.3×10⁻⁴ A·cm⁻²，在−0.3 V的偏压下，5.6 µm处的峰值量子效率为48%，探测率可以达到4.1×10¹¹ cm·Hz^1/2·W⁻¹。相关结论可为器件设计和加工提供参考。