作为光的基本属性之一,偏振能够提供有别于辐射强度的另一种关于物体的信息,由于不同物体或同一物体的不同状态在发射或反射红外辐射时均可能产生不同的偏振状态,因此通过对红外成像场景中偏振信号的探测,能够提高图像对比度,增强系统对目标探测与识别的能力。同时,随着InGaAs探测器制备技术和微纳加工技术的不断进步,使采用片上集成工艺制作分焦平面结构的近红外偏振探测器成为了可能。本文结合近红外焦平面探测器集成化、小型化的发展需求,围绕集成偏振InGaAs焦平面探测器的结构设计、制备工艺和表征方法进行了研究,所涉及的主要研究内容和创新成果如下:1.建立了适用于背照射InGaAs探测器片上集成偏振光栅的仿真模型,采用FDTD solutions软件明确了适用于近红外波段的铝光栅结构参数范围,实现较高的TM波透过率和消光比。分析了结构参数偏差对于光栅偏振性能的影响,结果表明,光栅周期及占空比偏差的影响显著,当光栅间的空隙大于设计值时TE波阻挡作用减弱,从而导致光栅消光比的明显降低。2.设计并搭建了集成偏振InGaAs焦平面探测器的性能测试系统,明确了可用于测量常规像元及偏振像元响应光谱和黑体响应信号的方法,并在偏振性能表征方面,提出了固定波长、变化波长及宽谱段三种条件下光栅透过率的测试方法,明确了使用单色圆偏振光作为光源在固定波长测试中可获得更为精确的测试结果。3.获得了两种用于InGaAs焦平面探测器片上集成金属光栅的方法。其一,基于焦平面探测器的集成方法,在减薄In P衬底并沉积一层介质层后,根据读出电路上光刻标记的位置在光敏芯片背面制作对准标记,再以此为基准采用电子束光刻及金属剥离工艺实现片上集成;其二,与探测器制备工艺兼容的集成方法,引入背面套准工艺制作芯片背面的对准标记,将光刻胶作为掩膜采用刻蚀工艺制备金属光栅,在生长铟柱后完成与读出电路的倒装互连。同时,对上述方法所涉及的多项关键工艺进行了改进。4.设计并成功制备了片上集成64×64超像元的背照射近红外InGaAs偏振探测器,且对其光栅形貌和探测器性能进行了综合参数表征分析。四种角度偏振像元的峰值探测率超过了1.5×1012 cm?Hz1/2/W,但消光比平均值仅达到了4。进一步研究了由工艺引入的对准偏差对探测器偏振性能的影响,发现对准偏差显著增大了偏振像元的TE波透过率,从而成为影响其消光比的关键因素,为后续集成偏振探测器消光比的提高提供了技术途径。5.创新性设计了集成线列结构金属光栅的InGaAs探测器,满足推扫式偏振成像应用需求。四种角度光栅各覆盖一行光敏元并向四周延伸5μm,以保证将下方光敏元完全覆盖,且为保持良好光栅形貌,相邻0°光栅在横向上留有1μm间距,最终实现了540×4元线列金属光栅的片上集成。测试结果表明,四种角度偏振像元的峰值探测率均超过1.05×1012 cm?Hz1/2/W,消光比达到了21,验证了对准偏差控制提升集成偏振探测器消光比的有效性。