钽酸锂（LiTaO3）热释电红外探测器具有非制冷、功耗低、光谱响应宽和稳定性好等优点,在目标探测、气体检测、安防及智能家居等方面应用广泛。但目前的LiTaO3热释电红外探测器存在两个突出问题,一是无法通过传统方法制备高品质LiTaO3单晶薄膜提高探测峰值频率,二是传统结构包含无法与敏感元集成的滤光片,难以满足器件高频应用和小型化的发展需求。针对上述问题,本论文提出基于离子注入剥离技术和超材料完美吸波体的LiTaO3单晶薄膜热释电红外探测器结构,旨在通过离子注入剥离工艺实现高品质LiTaO3单晶薄膜制备,提高红外探测器的探测峰值频率;利用超材料完美吸波体取代传统滤光片,实现与敏感元的集成,为进一步降低探测器的重量和体积奠定了基础。本论文主要工作如下:（1）采用无损测试表征技术研究了离子注入剂量对晶圆结构的影响关系,确定了单晶薄膜剥离工艺的关键参数。在离子注入过程中,通常采用RBS、SEM或TEM等表征技术对注入晶圆进行研究,但这些方法会对注入晶圆带来不可逆的破坏。针对不同注入剂量的LiTaO3晶圆结构特性,本论文利用可见光谱和电子顺磁共振技术分析了H+离子剂量对晶圆可见光透射率的影响关系和原因,利用红外光谱对H+离子化学结合状态进行了分析,利用拉曼散射和X射线衍射对晶圆应力演变进行了测试,结合加热起泡实验分析了注入剂量与薄膜剥离温度和时间的影响关系。研究结果表明H+离子主要以间隙粒子处于O-O键中,注入过程产生的氧空位导致了晶圆可见光透射率下降,间隙粒子和氧空位增加使晶圆应力变大,降低了起泡激活能,促进了薄膜剥离。（2）利用快速热退火技术对LiTaO3单晶薄膜进行了应力释放和损伤修复,通过制备红外探测器对薄膜性能进行了验证。离子注入剥离工艺在薄膜中引入了缺陷损伤和内应力,这会导致薄膜性能下降。本文采用亲水性键合制备了1μm厚的LiTaO3单晶薄膜,利用快速热退火技术对LiTaO3单晶薄膜进行后处理,利用AFM对薄膜表面形貌进行了表征,利用XRD对薄膜晶体结构进行了测试,利用XPS对薄膜化学成分变化进行了测试,研究结果表明退火处理使薄膜表面出现了重结晶,压应力从0.83%下降至0.39%,单晶薄膜损伤得到一定程度修复,摇摆曲线半高宽从0.04°下降至0.03°,薄膜化学成分无变化。基于LiTaO3单晶薄膜设计和制备的热释电红外探测器,在50.3Hz调制频率下探测率达到了3.3×10~8cm Hz1/2/W,验证了LiTaO3单晶薄膜的红外探测性能。（3）采用超材料完美吸波体作为红外吸收层,实现热释电红外探测器的波长选择吸收功能。针对传统吸收层无法对辐射波长进行选择吸收的问题,红外探测器通常采用滤光片来解决,这增大了探测器的体积,限制了探测器的集成。本文提出超材料完美吸波体作为热释电红外探测器吸收层,基于表面等离子激元实现电磁波吸收,通过改变结构参数调控吸收波长,设计制备出十字形超材料完美吸波体,通过在金属与介质界面处激发表面等离子激元,实现了不同波长电磁波的选择吸收,中红外辐射吸收率高于90%;基于LiTaO3块材实现了超材料吸收层与热释电材料的一体化集成,探测率达到3.24×10~7cm Hz1/2/W,探测峰值频率26.3Hz。设计田字形超材料完美吸波体提升角度吸收稳定性,制备出具有波长选择吸收功能的薄膜热释电红外探测器,测试表明探测器具有对4.04μm波长红外的选择吸收功能,最大探测率1.7×10~8cm Hz1/2/W,稳定响应入射角度范围0～50°,探测峰值频率80.3Hz,验证了超材料完美吸波体单晶薄膜红外探测器具备良好的波长选择吸收性能、高的红外探测率和优良的高频响应特性。