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当探测目标的温度在近室温或更低温度时,其辐射能量的光谱分布主要处于红外长波段,此时需考虑长波红外探测技术,且长波范围8-14μm是重要的大气窗口,因此研制长波红外焦平面探测器具有重要意义。但长波探测材料带隙狭窄,制备长波红外焦平面面临的一项技术难点在于长波探测器暗电流高。InAs/GaSb Ⅱ类超晶格是一种周期性量子结构材料,具有能带灵活可调、俄歇复合寿命长、有效质量大、暗电流易抑制等特点。特别是在长波波段,II类超晶格材料均匀性好,是制备高性能长波红外焦平面的优选材料之一。本文主要围绕InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器工艺制备技术和光电性能研究展开,核心目标是降低超晶格长波红外探测器暗电流,制备出截止波长12μm的高性能大面阵长波红外焦平面探测器。主要研究内容和创新点如下:首先系统研究了氮化硅和氧化硅薄膜的生长工艺和薄膜性质。生长得到的薄膜用于InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器刻蚀时的掩蔽保护和焦平面器件台面的钝化。采用电感耦合等离子化学气相沉积（Iductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition,ICPCVD）技术生长氮化硅薄膜,薄膜性能与硅烷流量、射频功率等工艺参数相关。其中硅烷流量影响薄膜的折射率和化学键构成,RF射频功率显著影响锑化物材料上的氮化硅薄膜应力。实验最终获得了快速沉积氮化硅薄膜的优化工艺,并应用于长波超晶格器件刻蚀前的掩蔽薄膜生长,具体工艺参数为:Si H4流量45.0 sccm,N2流量38.0 sccm,ICP功率2000 W,腔体压力8.0 mtorr,温度75℃,RF功率0 W。同时获得了慢速生长氮化硅薄膜的优化工艺,薄膜的表面粗糙度低,适用于长波超晶格焦平面器件的台面钝化:Si H4流量15.5 sccm,N2流量12.5 sccm,ICP功率300 W,腔体压力8.5 mtorr,温度75℃,RF功率0 W。实验同时简要研究了在锑化物材料上ICPCVD生长氧化硅薄膜,最终用于长波超晶格焦平面器件台面钝化的氧化硅薄膜生长工艺为:硅烷流量40 sccm,N2O流量100 sccm,设备腔体工艺Presurre为8.0 mtorr,ICP功率2000 W,RF功率10 W,温度75℃。其次研究了50%截止波长为12.5μm的超晶格器件的台面蚀刻,验证了表面漏电流与超晶格台面表面的Sb相关。湿法腐蚀的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外器件,-0.05 V偏压下,60 K温度时暗电流密度为3.8×10-3 A/cm2,R0A为37.2Ω?cm2。随着温度降低,表面漏电流成为暗电流的主要部分,表面漏电流形成的机理可能是在台面表面发生了Sb2O3和Ga Sb的歧化反应,生成的半金属Sb在表面形成了漏电通道。干法刻蚀采用Cl2/N2组合的电感耦合等离子技术,在优化的刻蚀条件下,可获得优良的超晶格台面质量。其中温度是影响刻蚀结果的重要因素,随着温度升高,刻蚀速率上升,刻蚀选择比增加,台面的倾角趋于直角,器件暗电流也随着刻蚀温度提高而下降。在本论文的实验条件下,最优化的刻蚀温度是170℃,此时探测器的暗电流密度在60 K温度时为1.9×10-4 A/cm2,R0A为89.1Ω?cm2。在170 oC刻蚀时,超晶格台面表面的Ga Sb键消失,同时器件的暗电流降低,说明台面表面漏电流与与超晶格表面Ga Sb也相关。最后开展了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外大面阵焦平面器件研制。在焦平面制备过程中发现氮化硅薄膜钝化的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面器件比氧化硅钝化的器件在小反向偏压下的暗电流低,根据文献推测氮原子可能在台面界面处与构成超晶格的原子形成了宽禁带氮化物,利于抑制窄带隙长波红外器件在表面的漏电。实验最终利用论文优化的薄膜生长、刻蚀和氮化硅钝化等工艺制备了640×512的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面器件,焦平面像元中心距30μm。焦平面器件在60 K温度下,偏压-0.05 V时,像元暗电流为9.7×10-11 A(暗电流密度为1.3×10-5 A/cm2),R0A达到838.4Ω?cm2。探测器芯片与读出电路倒焊互连成焦平面器件,在温度60 K时,焦平面的盲元率降低到了0.95%,响应率非均匀性2.8%,峰值探测率6.61×1010 cm?Hz1/2/W,噪声等效温差17.2 m K,是目前国内报道的截止波长12μm超晶格长波640×512红外焦平面的最好水平。