第三代红外探测系统对材料和器件提出了更高的要求，迫切需要发展新型红外探测器材料技术来满足红外焦平面探测器的不断增长的性能需求。自1977年Esaki等人提出了InAs/GaSbⅡ类超晶格的概念，1987年Smith等指出了该超晶格材料红外探测器领域的应用潜力后，InAs/GaSb超品格的优良性质引起人们的广泛关注并得到了迅速的发展。InAs/GaSb超晶格材料通过改变InAs、GaSb各层的厚度，禁带宽度可调，探测范围可覆盖3pm至30μm。Ⅱ类超晶格红外探测器可实现更低的暗电流，更高的工作温度，同时Ⅲ-Ⅴ族材料生长和器件制备技术成熟，均匀性好，是新一代红外焦平面探测器的优选材料技术。　　本课题以研究Ⅱ类超晶格红外探测器的材料与器件为主要目的，对Ⅱ类超晶格材料的能带理论、材料测试表征、器件制备与器件拟合分析等方面进行了细致的研究。主要研究内容有：　　1.从Ⅱ类超晶格材料的能带理论出发，通过K.p方法下的包络函数近似模型计算超晶格材料的能带结构、截止波长、电子有效质量以及吸收系数等参数与材料结构的关系；并首次通过改进的四层结构模型考虑InSb界面层对能带结构的影响，解释了实际材料结构截止波长红移的现象，理论上发现不同的界面结构也会影响截止波长的变化。最终在能带计算的基础上设计并优化了PBIBN的器件结构，以更有效的降低器件暗电流，提高器件性能。　　2.采用高精度X-射线衍射技术系统研究了Ⅱ类超晶格的周期结构。X射线衍射技术是一种对材料无损高效的测试技术，尤其对超晶格材料，可以从X射线摇摆曲线的卫星峰的位置，峰强等测试结果中获得材料的大量晶格信息。本文从应变超晶格X射线的测试分析及拟合入手，研究了超晶格材料的物理性质，首次通过摇摆曲线卫星峰峰强的拟合获得界面具体的组分结构信息。同时通过对超晶格材料Bragg峰宽的研究获得晶格质量与失配的关系，并用临界厚度的概念加以很好的解释。　　3.超晶格材料的生长中存在数百处界面层，因此研究界面处元素的互扩散和分凝对材料的生长模型的理解相当重要。我们通过改进分子束外延动力学生长模型，引入分凝系数的概念，结合实际材料生长，研究了As压对Sb分凝的影响，并求得了分凝系数与As压的关系。　　4.在材料生长和器件结构设计优化的基础上，制备了超晶格长波单元器件，并通过四种不同暗电流机制进行模拟，以获得材料与器件之间的关系。文中详细比较了不同器件结构和不同生长温度下的器件结果，并研究了表面钝化对器件性能的影响。在此基础上成功制备了高性能的长波超晶格单元器件，截止波长达到12.5微米，黑体探测率达到2.1×109Jones。　　5.研究了快速热退火对材料及器件的影响。对不同时间和不同温度条件下退火的样品通过X射线测试分析研究其晶格质量，并通过卫星峰的峰强随温度和时间变化的衰减拟合出相应的扩散系数，最终获得最佳的退火条件。在此基础上进行器件验证，实验结果说明合适的快速热退火工艺对材料的产生复合寿命以及位错密度的降低起到了较好的作用，有效降低了器件暗电流。