锑化物超晶格红外探测器是当前光子型红外探测器领域的研究热点,是极具潜力的新型红外技术。锑化物超晶格探测器以III-V族化合物半导体为材料,利用高精度材料生长技术,控制不同材料构成特性的结构,以实现红外辐射的探测。通过改变结构中各层材料的厚度来调整探测器的禁带宽度,探测范围可覆盖1μm至30μm。III-V族化合物半导体材料生长和器件制备技术成熟,均匀性好,此外还具有抗辐照性能强等优势,所以锑化物超晶格探测器受到了广泛的研究。本文聚焦于InP基的In GaAs/GaAsSb和GaSb基的InAs/GaSb两种锑化物II类超晶格红外探测器,主要开展了以下几方面的研究:1.研究了InP衬底上GaAsSb材料的生长工艺,利用非平衡热力学模型对生长过程进行了模拟,在此基础上获得了In GaAs/GaAsSb II类超晶格材料。利用光致发光谱对该材料的光学性质进行了研究,发现由于能带的弯曲效应,造成PL峰值能量值随着激发功率的增加出现蓝移的现象,并对峰值能量与温度关系进行了拟合。研究了Be掺杂温度对超晶格特性的影响,并通过Be的补偿掺杂获得了p型的InGaAs/GaAsSb II类超晶格。制备了不同吸收区厚度和吸收区补偿掺杂的探测器,并对性能进行了表征,发现吸收区厚度的增加对提升器件量子效率有限,而采用补偿掺杂技术的探测器量子效率得到了显著提升。最后制备出了InGaAs/GaAsSb II类超晶格320×256焦平面原型器件,在200 K温度下,pπn焦平面器件的峰值探测率为4.3×1011 cm?Hz1/2?W-1,响应不均匀性12%。2.设计了和生长了GaSb基pBπBn结构InAs/GaSb II类超晶格材料,吸收区的晶格失配Δa/a仅为2.1×10-5,-1级卫星峰的全宽半高峰(FWHM)为21.6弧秒。为了获得高性能的长波12μm InAs/GaSb II类超晶格焦平面器件,针对GaSb衬底强吸收红外光的问题,对所用GaSb衬底对红外光的吸收机制和衬底厚度与透射率的关系进行了研究,发现GaSb衬底的吸收机制以光学声子和电离杂质散射为主导,衬底减薄对GaSb透过率的提升十分有限。通过选择性腐蚀试验得到了超晶格探测器的去衬底工艺,解决了衬底对红外光的强吸收问题。针对大面阵焦平面器件热失配导致的裂片问题,对焦平面器件封装结构进行优化设计和实验验证,提出了最优的封装方案,成功获得了320×256长波12μm InAs/GaSb II类超晶格焦平面器件。3.对制备的320×256长波12μm InAs/GaSb II类超晶格焦平面器件进行性能测试和分析。80 K和65 K温度下探测器的相对响应光谱基本重合,50%截止波长为12μm。通过四种暗电流机制对探测器的拟合进行了拟合与分析,当温度高于70 K时,暗电流以扩散电流为主导,低温时以产生复合电流为主导。测试了不同背景辐射下探测器的电流-电压曲线,发现探测器的响应并不会随着温度与偏压发生变化。研究了温度和电路偏置电压与焦平面器件响应之间的关系,得到了电路注入效率是主要影响焦平面器件响应的因素。对盲元产生的缘由进行了分析,发现少部分为铟柱互连不佳,大部分是由于探测器的暗电流比平均值偏大。通过反馈优化器件的制备工艺,获得了国内第一个长波12μm InAs/GaSb II类超晶格焦平面组件,峰值探测率能够达到7.2×1010 cm?Hz1/2?W-1,盲元率为2.7%,响应不均匀性为7.8%,噪声等效温差29.2 mK。4.针对红外遥感的应用,开展了γ辐照对InAs/GaSb II类超晶格探测器性能影响的研究。通过背照型器件的实时辐照实验,InAs/GaSb II类超晶格器件性能基本未发生变化,表明该超晶格探测器具有良好的抗辐照特性。结合实时的电流-电压曲线和辐照停止后器件电流随时间的演化情况,对辐照所带来的微观损失机理进行了分析,发现零偏和小反偏压下,电离效应损伤为主导,短时间即可恢复,大反偏压下则以位移效应损伤为主导,恢复时间明显增长。对焦平面器件辐照前后的性能测试进行对比,发现辐照并不会影响探测器的基本性能,但会影响读出电路,使其工作状态发生变化甚至是失效。通过将正照型器件的辐照实验结果与背照型器件对比,发现二者具有相同的辐照损伤机制。