研究了液相外延生长条件对碲镉汞薄膜材料组分梯度的影响，建立了指导液相外延生长的理论模型。通过改变水平推舟液相外延工艺的汞损失速率，生长出具有正组分梯度的碲镉汞薄膜材料。针对这种特定条件下生长的碲镉汞外延薄膜，通过腐蚀减薄光谱测试与二次离子质谱测试证实了材料具有正组分梯度结构。与传统方法生长的具有负组分梯度的碲镉汞薄膜相比，这种薄膜材料具有相近的表面形貌与红外透射光谱曲线；且具有较高的晶体质量，其X射线衍射双晶摇摆曲线半峰宽达到28.8 arcsec。

本文对中波红外PIN结构的碲镉汞（HgCdTe）雪崩器件关键雪崩区域的材料晶体质量进行研究。通过在实验材料上对PIN结构雪崩器件的全过程工艺模拟，采用微分霍尔、微分少子寿命等测试手段进行材料表征，评估获得了关键雪崩区域的真实材料晶体质量。研究发现，现有优化工艺下雪崩区域的晶体质量良好，拟合材料的SRH寿命最好能达到20.7 μs，可达到原生材料SRH寿命的相当水平，满足高质量中波碲镉汞雪崩器件的研制要求。同时，我们以获得的雪崩区域SRH寿命为基础，对HgCdTe APD结构器件进行相应2维数值模拟，获得理论最优的暗电流密度8.7×10^-10 A/cm²。

对像元尺寸为10 μm的1280×1024碲镉汞（HgCdTe）中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B⁺注入制备小尺寸n-on-p平面结；采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术，实现高的电学连通率；采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路（ROICs）之间的热失配，从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下，研制探测器的光谱响应范围为3.67 μm至4.88 μm，有效像元率高达99.95%，并且探测器组件像元的平均噪声等效温差（NETD）和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10^-8A/cm²。与像元尺寸为15 μm的探测器相比，10 μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像，具有更远的识别距离。目前，该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司（ZJM）的HgCdTe红外探测器产线。

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。

红外探测器的光谱响应一致性影响高光谱成像仪器的动态范围，研究高光谱成像用拼接型短波红外探测器在同一光谱维的响应均匀性对提高高光谱成像性能有重要意义。通过测量相对光谱响应和窄带响应，对响应波段为1.0~2.5 μm、规格为2000×256的碲镉汞短波红外探测器光谱响应率进行测量和分析，提出用光谱响应非均匀性定量化分析光谱响应一致性。分析了在80 ℃和140 ℃不同的黑体温度下，窄带滤光片的中心波长和半带宽不同时，带外截止深度为OD3时，带外信号对窄带性能测试误差的影响。通过测量探测器模块的光谱响应率，计算拼接的2000×256探测器在1 μm、1.9 μm和2.5 μm处的响应非均匀性分别为6.23%、6.06%和4.07%。光谱响应率的准确测量实现了拼接型短波红外探测器的光谱响应一致性的定量化评价，有利于探测器在高光谱成像中的合理应用。