非制冷红外焦平面阵列具有低成本,低功耗,无需制冷等优点,在军用和民用领域获得了广泛的应用。论文以非晶硅型非制冷红外焦平面阵列为研究对象,开展了非晶硅热敏薄膜的电学特性研究,像元结构光学、热学和力学三方面的优化设计,并进行了阵列制备试验。首先,论文开展了工艺参数对非晶硅薄膜电学特性的影响研究。采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）制备了不同锗含量的非晶硅薄膜。通过电学测试,测得薄膜样片的电阻温度系数（TCR）和电阻率。测试结果表明:随着反应气体流量比（GeH₄/SiH₄）的增加,薄膜的TCR和电阻率呈现下降趋势。而过高的锗掺杂在进行金属剥离工艺后会使非晶硅薄膜发生裂解。论文最终确定了制备高质量,高TCR（-3.5%/K）和适中电导率(1.47×10^-3（Ωcm）^-1)非晶硅薄膜的相关工艺参数。第二,论文开展了阵列像元结构的光学和热学设计。基于光学导纳矩阵法构建了像元红外谐振腔吸收率数学模型,通过数值仿真对谐振腔膜系厚度进行优化,得到了8-14mm波段平均红外吸收率达93%的膜系结构;针对不同桥臂构型像元的热学参数进行理论计算和仿真分析,并以像元热变形为指标优化了桥臂膜系厚度;根据热电偶合仿真结果分析了直流偏置和脉冲偏置对像元性能的影响。第三,针对焦平面阵列像元的力学性能和抗冲击特性进行了研究。通过纳米压痕测试,论文开展了氮化硅沉积参数（高低频时间配比差异）、退火温度和光刻工艺对氮化硅薄膜弹性模量及硬度的影响研究;推导了适用于U型微桥结构整体升高相同温度和桥臂温度呈梯度分布两种情况下桥臂变形大小的解析解,并通过仿真加以验证;分别对像元垂直和水平方向施加冲击载荷进行抗冲击特性仿真,并根据像元的冲击敏感性分析优化桥臂结构长度和宽度的关键尺寸。最后,综合优化设计结果,进行非制冷红外焦平面阵列的制备及流片测试。进行了制备工艺流程设计和版图设计;流片过程中,对关键工艺包括lift-off剥离工艺和电极柱孔刻蚀工艺加以优化改进,并对关键工艺步骤进行形貌表征;流片完成后,通过热响应测试,确定了所设计像元的热响应时间参数,测得双Ⅰ型像元热响应时间为4.03ms,U型像元14.80ms。