台面型锑化铟红外焦平面探测器的制作工艺简单，量子效率高，但是填充因子较低且会随着像元尺寸的减小而进一步降低。减小台面腐蚀深度可以提高探测器的填充因子，但会增大串音。介绍了一种新型微透镜阵列的设计与制备方法，以提高锑化铟红外探测器的填充因子并减小串音。与现有的热回流微透镜阵列相比，该微透镜阵列的填充率、表面粗糙度以及尺寸均匀性能得到了较好的兼顾，可直接在锑化铟红外探测器表面制作，工艺简单。结果显示，探测器的串音降低26%，光响应提高22%。

随着红外焦平面探测器阵列规模的不断扩大，由多层结构低温热失配形变导致的杜瓦可靠性问题愈发突出，对焦面低温形变的定量化表征需求越来越迫切。基于超长线列红外焦平面探测器冷箱组件开展焦面低温形变研究，针对多层结构粘接造成的焦面低温形变进行了理论仿真。设计了一种探测器工作温度90 K下焦面低温形变的测试方法。对比分析面形测试结果与仿真计算，低温下焦面整体下移，但变形曲线呈拱形。仿真得出两边芯片向下凹约924 m，中间位置芯片向下凹136 m。实验得出两边芯片向下凹约40 m，中间位置芯片向下凹10 m。数据差异与仿真材料的参数设置有关。验证了仿真结果的合理性，可为超长线列探测器焦面多层结构设计提供参考依据。

对于在低温背景条件下应用的红外焦平面探测器，在其设计阶段首先需要确认的是探测器在低温背景下的主要性能参数是否满足应用需求。通过单元探测器的基本理论公式，从性能测试的角度，推导出了焦平面探测器主要性能指标的理论计算公式，包括峰值响应率、噪声、峰值探测率、动态范围等。提出了红外焦平面探测器主要性能参数计算的设计流程，并通过实例对长波红外焦平面探测器在低温背景下的性能参数进行了计算、设计及验证，实测结果与理论计算符合较好。表明了理论公式及设计流程具有较好的实用性，可为红外焦平面探测器的应用设计提供参考。

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。

研制出一款小像元10 μm中心距红外焦平面探测器CMOS（complementary metal oxide semiconductor）读出电路ROIC（read out integrated circuit）。读出电路设计包括积分后读出（integration then reading，ITR）和积分同时读出（integration while reading，IWR）模式，ITR模式下有2档增益，电荷满阱容量分别为4.3 Me?和1.6 Me?，其他功能包括抗晕、串口功能控制以及全芯片电注入测试功能。读出电路采用0.18 μm工艺，电源电压3.3 V，测试结果表现出良好的性能：在77 K条件下，全帧频100 Hz，读出电路噪声小于0.2 mV。本文介绍了该款读出电路设计的基本架构，分析了在小的积分电容下电路抗干扰能力的设计。在测试过程中，发现了盲元拖尾现象，分析了拖尾现象产生的原因，为解决拖尾现象设计了抗晕管栅压产生电路，最后给出了整个电路的测试结果。