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%。

锑化铟(InSb)焦平面探测器是中波红外探测领域应用广泛的一种探测器。作为制备探测器的基础，InSb晶体材料的质量和性能显得尤为重要。近年来InSb晶体材料在向高质量大尺寸方向发展。通过多举措坩埚设计和温场条件设计，采用直拉法生长了直径大于135 mm的InSb单晶。测试结果表明，5 in晶片的位错腐蚀坑密度小于50 cm-2，双晶衍射峰的半峰宽为832 arcsec，晶体具有相当好的完整性。通过优化生长工艺参数，晶体生长过程中具有较为平坦的固液界面，表现出良好的径向电学均匀性。这为制备低成本和超大规模InSb红外探测器阵列奠定了基础。

锑化铟晶片在存放以及使用过程中的性能稳定性是影响制备的探测器性能的重要因素之一。为了探究锑化铟晶片在长时间放置情况下的性能变化情况，对锑化铟晶片进行高温加速贮存试验，并在试验过程中对晶片几何参数、表面粗糙度、电学参数、位错缺陷等几个重要性能参数进行跟踪检测。结果表明，在高温加速试验条件下，除晶片外形发生轻微变化以外，其他性能基本不发生变化，晶片能够长期保存。

锑化铟的电极因三维特性易产生侧壁断裂问题，互联的铟柱会侵入电极内部，影响锑化铟芯片的可靠性。使用离子束溅射沉积、热蒸发、磁控溅射等方法制备三维电极体系，并通过聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)方法以及扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)对其进行表征。结果表明，通过热蒸发、磁控溅射制备的电极三维覆盖情况较好，但存在电极脱落和剥离困难的问题；离子束溅射沉积方法可通过改变沉积角度、移除修正挡板来实现锑化铟三维电极的高质量制备。

为实现大尺寸锑化铟混成芯片的高质量、高成品率背减薄, 介绍了一种单点金刚石车削与磨抛相结合的背减薄工艺。该工艺采用单点金刚石车削技术实现锑化铟芯片大量厚度去除, 然后通过旋转磨削工艺进一步去除车削损伤, 最终实现了1280×1024元(25 m)大尺寸锑化铟混成芯片背减薄(材料表面的半峰宽值约为8.20～11.90 arcsec)。与传统磨削工艺相比, 该工艺对尺寸大、面型差的半导体芯片兼容性强, 解决了大尺寸芯片在传统磨削工艺中因面型带来的裂片率高、减薄厚度不均匀的问题。

对热处理前后的InSb晶片进行了显微拉曼面扫描测试, 开发了一种新的InSb晶片应力面分布表征方式。热处理前后InSb晶片的横向光学(Transverse Optical,TO)声子散射峰分别位于179.3 cm-1和178.5 cm-1;纵向光学(Longitudinal Optical, LO)声子散射峰分别位于188.8 cm-1和188.7 cm-1;特征峰的半峰宽分别为5.8 cm-1和5.0 cm-1。X射线双晶衍射曲线半峰宽值分别为12.10~20.04 arcsec和7.61~7.74 arcsec。用经热处理后的晶片制得的器件在80℃烘烤20天后, 盲元增加量较小, 整体数量较少。这表明热处理释放了晶片的残余应力, 对后期抑制器件新增盲元存在有利影响, 为新一代超高性能、超大面阵红外探测器的制备奠定了材料基础。

锑化铟是中波红外探测应用较广的材料。抛光片的表面粗糙度是影响器件性能的关键指标。研究了锑化铟化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)液的pH值、氧化剂比例以及抛光液流速对锑化铟抛光片表面粗糙度的影响，并结合原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)和表面轮廓仪测试对抛光片的表面粗糙度进行了表征和优化。结果表明，当pH值为8、氧化剂比例为0.75%、抛光液流速为200 L/min时，InSb晶片的表面粗糙度为1.05 nm(AFM)，同时晶片的抛光宏观质量较好。

锑化铟(InSb)材料因其特殊的性质被广泛用于红外光电探测等领域。随着更大面阵中波红外焦平面探测器的发展以及对低成本InSb红外探测器的需求，所需的晶片材料尺寸也日益增加。本文通过采用新结构石墨托以及高精度低损伤单线切割实现了5英寸InSb晶体定向断段；采用低损伤边缘倒角技术同时优化研磨参数改善了5英寸InSb晶片研磨；通过优化贴片工序提高了5英寸InSb晶片抛光后的平整度；通过优化抛光液pH值以及配比提高了5英寸InSb晶片表面质量。同时，使用X射线晶体定向仪、原子力显微镜等测试仪器对5英寸InSb晶片的晶向及偏差、抛光表面宏观质量、几何参数、表面粗糙度、晶格质量进行了测试表征。测试结果表明，采用优化后的加工工艺制备出了高质量的5英寸InSb晶片，能够满足InSb红外探测器制备需求。

高帧频中波制冷红外探测器在机载光电吊舱、红外警戒系统、光电跟踪瞄准系统中有着广泛应用。传统的碲镉汞中波制冷红外探测器在保证成像质量前提下, 受积分时间限制, 帧频一般受限于25~100 Hz。而锑化铟中波红外探测器具备较好的非均匀性、较低的盲元率以及高帧频输出特性, 可进一步提高红外系统作用距离和跟踪精度。基于中波红外锑化铟探测器设计了高速稳定的图像采集系统, 实现了640×512分辨率数字视频200 Hz的图像输出。高帧频模式下, 解决了探测器积分时间与读出时间信号串扰的问题, 有效改善了红外图像的非均匀性。该系统通过探测器开窗设置, 将帧频进一步提高, 可实现对高速目标的红外探测、搜索、识别、侦察、情报搜集、跟踪等。

采用原子层沉积技术制备 Al2O3薄膜作为 InSb材料介电层，制备了 MIS器件，研究了金属化后不同退火温度对界面特性的影响。利用 C-V测试表征了 MIS(metal-insulator-semiconductor)器件的界面特性，结果表明 Al2O3介电层引入了表面固定正电荷，200℃和 300℃退火处理可有效减小慢界面态密度，利用 Terman法得到了禁带界面态密度分布，表明 200℃退火可使禁带中央和导带附近的界面态密度显著减小。同时文章对 C-V曲线滞回的原因进行了分析，认为 Al2O3介电层中离界面较近的负体陷阱电荷是主要影响因素。实验证明了 200℃～300℃的退火处理可有效改善 InSb/Al2O3界面质量。