第三代红外探测器发展的一个重要方向是高工作温度探测器。对于碲镉汞n-on-p探测器而言，n⁺-n^--p结构以及良好的钝化工艺能够有效的抑制暗电流的产生，从而在高工作温度条件下获得较好的探测器性能。基于自行开发的成结模拟器，对n⁺-n^--p结构的高温器件进行了工艺仿真和器件仿真，获得成结过程的制备参数，并结合抑制表面漏电的组分梯度钝化工艺，将高工作温度下的暗电流抑制至理论极限，研制出可以在更高温度工作下的碲镉汞n-on-p红外焦平面探测器。经测试，中波n-on-p红外焦平面器件在不同工作温度下性能优异，在80K工作温度下噪声等效温差（NETD）达到了6.1 mK，有效像元率为99.96%；而在150K工作温度下噪声等效温差（NETD）为11.0 mK，有效像元率为99.50%，达到了同类器件的理论极限。

提高红外探测器的工作温度对于减小红外系统的尺寸、重量和功耗至关重要，进而实现结构紧凑和成本低廉的红外系统。昆明物理研究所多年来对掺铟和砷离子注入技术的HgCdTe p-on-n技术进行了优化，实现了性能优异的中波红外探测器的研制。本文报道了高工作温度中波1024×768@10 μm红外焦平面阵列探测器的最新结果，并介绍了在150 K工作温度下的器件性能。结果标明，器件在150 K下截止波长为4.97 μm，并测得了不同工作温度下的NETD、暗电流和有效像元率。此外，还展示了在150 K的工作温度下焦平面器件的红外图像，并呈现了99.4%的有效像元率。

高工作温度红外探测器组件是第三代红外探测器技术的重要发展方向，可用于高工作温度红外探测器的基础材料主要有锑基和碲镉汞两大类。介绍了昆明物理研究所在高工作温度红外焦平面探测器组件方面的最新研究进展，其中基于碲镉汞材料p-on-n技术研制的高工作温度中波640×512探测器组件在150 K温区性能优异，探测器的噪声等效温差（NETD）小于 20 mK，配置了高效动磁式线性制冷机的高温探测器组件（IDDCA结构），质量小于270 g，探测器组件光轴方向长度小于70 mm（F4），室温环境下组件稳态功耗小于2.5 Wdc，降温时间小于80 s，声学噪声小于27 dB，探测器光轴方向自身振动力最大约1.1 N。目前正在进行环境适应性和可靠性验证，完成后就可实现商用量产。

计算了不同温度下由辐射复合和俄歇复合决定的InAsSb材料的载流子寿命，结果表明，低温下n型InAsSb材料的载流子寿命受限于辐射复合过程，而高温下InAsSb材料的载流子寿命取决于Auger 1复合过程。讨论了势垒阻挡型器件的暗电流解析模型及暗电流抑制机理，通过在nBn吸收层的另一侧增加重掺杂的n型电极层形成nBnn⁺结构对吸收区内的载流子进行耗尽，吸收区少数载流子浓度降低约两个数量级，从而进一步降低器件暗电流。成功制备了InAsSb-基nBnn⁺器件，150 K下器件暗电流低至3×10^-6 A/cm²，采用势垒结构器件的暗电流解析模型对150 K下器件的暗电流进行拟合分析，结果表明由于势垒层为p型掺杂，在吸收层形成耗尽区，导致器件中的产生复合电流并没有完全被抑制，工作温度低于180 K，器件暗电流受限于产生复合电流，工作温度高于180 K，器件暗电流受限于扩散电流。

As注入掺杂的p-on-n结构碲镉汞红外探测器件具有少子寿命长、暗电流低、R₀A值高等优点，是高温器件研究的重要技术路线之一。针对阵列规模640×512、像元中心距15 μm 的As掺杂工艺制备的p-on-n中波碲镉汞焦平面器件，测试了不同工作温度下的性能和暗电流。研究结果表明，在80 K工作温度下，器件响应表现出高响应均匀性，有效像元率达99.98%；随着工作温度升高，器件盲元增多，当工作温度为150 K和180 K时，有效像元率降低至99.92%和99.32%。由于对器件扩散电流更好的抑制，器件在160~200 K温度范围内的暗电流低于Rule-07。并且当工作温度在150~180 K时（300 K的背景下），器件具有较好的信噪比，极大程度地体现了高温工作的可行性。

中红外探测技术作为一种重要的被动探测手段，在各个领域都有着非常重要的作用。其中，以InAs/InAsSb超晶格材料为基础的无Ga型Sb化物II类超晶格探测器，由于去除了Ga原子的缺陷，具有更高的少子寿命，有利于提高探测器性能。此外，使用光子晶体结构，进行表面光学性能调控，可以提高器件的响应度，从而降低材料吸收区厚度，降低器件暗电流。暗电流的降低和响应度的提升，进一步优化了探测器的性能，进而提高器件工作温度，进一步降低探测系统的体积、重量和功耗。研究表明：使用光子晶体结构可以在不改变外延材料结构的前提下，提高器件量子效率，实现响应光谱的展宽，在实际应用中具有重要的意义。文中综述和讨论了InAs/InAsSb超晶格探测器和光子晶体结构探测器材料生长、结构设计的主要技术问题，详细介绍了两种提高中红外探测器性能的方案及国内外的研究进展。

本文对中波HgCdTe APD进行二维数值模拟，通过与实验结果的对比获得80K下PIN结构的APD器件参数。对不同工作温度下的APD器件暗电流机制进行了研究，发现在高工作温度下，影响暗电流的主要是SRH（小偏压）和雪崩机制（大偏压）。对在高工作温度情况下各层参数的变化引起器件性能的变化进行了研究，对不同层厚度、掺杂浓度对器件性能的影响进行了相应理论计算，并对计算结果进行相应的对比研究，获得了理论上最优化的HgCdTe APD高温器件结构，为后续高工作温度的APD器件的研发提供重要参考。

基于当前红外探测器技术的发展方向，从高工作温度红外探测器应用需求的角度分析了碲镉汞高工作温度红外探测器在组件重量、外形尺寸、功耗、环境适应性及可靠性方面的优势。总结了欧美等发达国家在碲镉汞高工作温度红外探测器研究方面的技术路线及研究现状。从器件暗电流和噪声机制的角度分析了碲镉汞光电器件在不同工作温度下的暗电流和噪声变化情况及其对器件性能的影响；总结了包括基于工艺优化的Hg空位p型n-on-p结构碲镉汞器件、基于In掺杂p-on-n结构和Au掺杂n-on-p结构的非本征掺杂碲镉汞高工作温度器件、基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高工作温度器件及基于吸收层热激发载流子俄歇抑制的非平衡模式碲镉汞高工作温度器件在内的不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的基本原理，对比分析了不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的性能及探测器制备的技术难点。在综合分析不同技术路线高温器件性能与技术实现难度的基础上展望了碲镉汞高工作温度器件技术未来的发展方向，认为基于低浓度掺杂吸收层的全耗尽结构器件具备更好的发展潜力。