本文开展了InAs / GaSb II类超晶格长波红外探测器的表面处理研究。通过对不同处理工艺形成台面器件的暗电流分析，发现N₂O等离子处理结合快速热退火（RTA）的优化工艺能够显著改善长波器件电学性能。对于50%截止波长12.3μm的长波器件，在液氮温度，-0.05V偏置下，表面处理后暗电流密度从5.88 ×10^-1 A/cm²降低至4.09 ×10^-2 A/cm²，零偏下表面电阻率从17.7 Ωcm提高至284.4 Ωcm，有效降低侧壁漏电流。但是该表面处理后的器件在大反偏压下仍有较大的侧壁漏电，这可能是由于高浓度的表面电荷使得大反偏下侧壁存在较高的隧穿电流。通过栅控结构器件的变栅压实验，验证了长波器件存在纯并联电阻及表面隧穿两种主要漏电机制。最后，对表面处理前后的暗电流进行拟合，处理后器件表面电荷浓度为3.72×10¹¹ cm^-2。

随着长波红外探测器技术的进步，通过选用宇航级大阵列长波红外探测器，天基红外遥感卫星技术得到快速发展。长波红外探器响应强非线性导致传统的基于线性模型的非均匀性校正算法校正误差大，从而影响卫星在轨使用效能。针对该问题，结合大量实验室数据和卫星在轨数据的统计分析结果，建立了一种新的长波红外探测器非线性响应模型，据此提出了一种基于改进伽马曲线的非均匀性校正算法，以有效克服探测器响应强非线性对校正精度的影响。该算法首先建立基于改进伽马曲线的探测器非线性响应模型，依据此模型对获取图像进行非线性压缩映射，实现探测器响应的线性化，然后利用星载基于定标技术的线性化算法实施非均匀性校正，同时，定标温度点根据所建立模型参数动态更新，最后通过逆非线性化压缩映射还原出实际的非均匀校正后的图像。基于人造黑体和在轨实景红外图像的实验结果表明，该算法有效解决了探测器响应强非线性对校正精度的影响，校正后图像的视觉效果和定量化指标均优于传统的星载非均匀校正算法。

利用二极管电流解析模型分析了InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流的主导机制。首先，通过变面积二极管I-V测试证实77 K下采用阳极硫化加SiO₂复合钝化的InAs/GaSb超晶格长波红探测器的暗电流主要来自于体电流，而非侧壁漏电流；然后，利用扩散电流、产生复合电流、直接隧穿电流和陷阱辅助隧穿电流模型对InAs/GaSb超晶格长波红外探测器的暗电流进行拟合分析。结果表明：在小的反向偏压下(≤60 mV)，器件暗电流主要由产生复合电流主导，而在高偏压下(>60 mV），器件暗电流则主要由缺陷陷阱辅助隧穿电流主导。并分析了吸收层掺杂浓度对这两种电流的影响，证实5×10¹⁵~1×10¹⁶ cm⁻³是优化的掺杂浓度。

长波红外光谱(8~14 μm)是介于中红外和太赫兹波之间的重要电磁辐射, 对应着地球表面常温目标物体的光谱辐射波段和地球“第三大气窗口”, 相对于短波和中波光谱辐射, 长波红外辐射受大气散射影响较小。 因此, 长波红外光电探测器在红外光谱成像、 红外侦察、 光谱探测等领域得到广泛使用。 绝对光谱响应率作为表征探测器响应能力的主要参数之一, 对其高精度标定的需求亟待解决。 现在传统方法, 即基于标准辐射源的定标方法已无法满足诸多高精度绝对光谱响应率的应用需求。 目前, 国内还没有建立基于激光光源和低温辐射计的长波红外绝对光谱响应率校准装置, 主要原因是缺少光功率稳定、 光束质量高的激光光源, 以及性能稳定的长波红外传递标准探测器。 针对此问题, 开展了以激光为光源, 以低温辐射计为光功率测量基准的长波红外绝对光谱响应率量值溯源技术研究。 课题组选用可调谐CO₂稳频激光器作为光源, 以低温辐射计作为光功率测量基准; 采用CdTe晶体电光调制器搭建了激光功率稳定控制系统; 根据光束传输理论, 搭建长波红外空间滤波器以优化光束质量; 采用积分球与HgCdTe探测器组合, 研制了性能稳定可靠的标准传递探测器, 建立了长波红外探测器绝对光谱响应率高准确度校准装置, 实现长波红外光谱范围(9.2~10.8 μm)探测器绝对光谱响应率的高准确度校准测量。 选择可调谐激光器输出的波长值9.62和10.60 μm分别对积分球型HgCdTe探测器进行了测量。 实验结果表明, (1)利用低温辐射计准确测量光功率, 光功率测量不确定度优于0.30%~0.42%(k=2); (2)探测器绝对光谱响应率测量不确定度优于0.80%~1.02%(k=2), 其他波长点可参考分析。 该工作实现了基于激光光源的长波红外探测器绝对光谱响应率的高准确度校准。

研究了基于离子注入技术制备硅掺砷阻挡杂质带探测器的工艺，通过优化工艺条件和相关器件的结构与材料参数，制造了具有良好光电响应性能的长波红外探测器。在温度5 K，-3.8 V工作偏压下，探测器的峰值响应波长为23.8 μm，黑体响应率为3.7 A/W，3.2 V时最大探测率为5.2×10¹³ cm?Hz^1/2/W。性能指标堪与文献报道的结果相媲美甚至更好，展示了离子注入工艺在制作阻挡杂质带探测器方面的潜在优势，特别是离子注入工艺与目前的微电子电路技术相兼容，能将探测器与读出电路集成到一块芯片上，在降低成本的同时提高探测器成像性能。