热电堆红外探测器具有无需额外偏置电路、无需目标物体移动、宽光谱响应、可室温工作、功耗低以及良好的性价比等一系列独特优点。随着半导体技术的高速发展,借助于常规的互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）工艺与微机电系统（Micro Electromechanical System,MEMS）技术,热电堆芯片被极大地优化,打开了批量生产的大门。但是,目前热电堆芯片仍然存在超宽光谱范围内红外吸收特性较差,导致器件探测率低、响应时间长、灵敏度差等问题。论文利用数学解析的方式,对热电堆红外探测器主要性能参数进行了理论计算,详细分析了热电堆红外探测器各组成结构及材料对其性能参数的影响规律。基于上述理论计算和分析,设计并制备了具有干涉吸收结构、谐振腔吸收结构以及多孔吸收涂层的热电堆红外探测器,对材料-结构-性能之间的关系进行了系统研究和优化,最终器件在超宽光谱范围内红外吸收特性得到显著提高。论文主要研究内容和结果如下:针对生命光线对应的8-14μm波段,论文引入了干涉与增透的光学设计理念,设计并制备了两种具有不同干涉吸收结构的热电堆芯片,其中一种吸收结构由热电偶层（Al）、热电堆钝化层与保护层（Si3N4层与Si O2层）以及增透层（Ge）组成,另一种吸收结构仅由热电偶层（Al）、热电堆钝化层与保护层（Si3N4层与Si O2层）组成。解析计算与模拟仿真结果显示,拥有增透层（Ge）优化的干涉吸收结构在8-14μm波长范围内可以达到约86.47%的平均吸收率,比另外一种参比干涉吸收结构平均吸收率高出约25%。同时,在两种干涉吸收结构热电堆芯片设计过程中,Al层不仅被作为芯片的热电偶材料、互连线以及电极,也被作为吸收结构的反射层,在形成光学干涉增强吸收的同时,也有利于干涉吸收的热量向热电堆热结快速传导。为实现一种探测器能够应用于CO2、CO、N2O和CH4等气体检测以及非接触人体测温等多种领域,要求器件具有超宽的吸收光谱。为此,论文设计了一种具有谐振腔吸收结构的热电堆芯片。所设计的谐振腔吸收结构底层反射金属层采用Al,中间介质层采用空气,顶层吸收层采用Si O2/Ti N/Si3N4三明治膜层,在3-5μm和8-14μm两个波段的平均吸收率分别达到89.56%和93.51%。同时,在谐振腔吸收结构热电堆芯片设计过程中,谐振腔吸收结构底层反射金属层（Al）被设计沉积于热电堆冷结区域,不仅可以充当谐振腔吸收结构的反射金属层,将照射在冷结区域的红外辐射反射,形成谐振腔吸收结构,强化顶层吸收层的红外吸收特性;而且避免了冷结吸收红外辐射,抑制了冷结温度的升高,增大了热结与冷结之间的温度差,进一步提高了热电堆红外探测器的响应率与探测率。论文提出将静电喷涂方法用于红外吸收涂层的制备,具有工艺简单、吸收光谱范围宽、适于批量化生产等优势。搭建了高压静电喷涂装置,制备了由碳纳米颗粒（CNP）、氮化硅（Si3N4）和氮化钛（Ti N）纳米颗粒负载于碳微米颗粒（CMP）的多孔结构宽光谱高效吸收涂层（CMP/CNP-Si3N4-Ti N）。CMP/CNP-Si3N4-Ti N涂层是由CMP堆叠形成多孔骨架,CNP、Si3N4和Ti N纳米颗粒附着在CMP表面,形成大量树枝状结构。得益于CMP、CNP、Si3N4和Ti N纳米颗粒的协同作用,CMP/CNP-Si3N4-Ti N涂层可以对光波形成引导模式,多次散射、反射,阻碍了光波逃离,增大了光波路径长度,增加了涂层与光波接触次数,最终在3-5μm和8-14μm波长范围内平均吸收率分别达到93.8%和92.6%。论文针对非接触人体测温,设计并制备了一款光学特性好、膜系敏感度低、机械性能好且工艺稳定性好的5.5μm长波通滤光片。将上述设计研制的热电堆芯片和滤光片,通过封装工艺制备了热电堆探测器器件。测试结果显示,参比热电堆红外探测器的响应率和归一化探测率约为256.6VW-1和1.47×10~8 cm Hz1/2W-1;Ge增透层优化热电堆红外探测器的响应率和归一化探测率约为302.3 VW-1和1.73×10~8 cm Hz1/2W-1。与参比热电堆红外探测器相比,Ge增透层优化热电堆红外探测器的响应率与探测率提升了约18%。CMP/CNP-Si3N4-Ti N涂层优化热电堆红外探测器的响应率和归一化探测率约为417.0 VW-1和2.39×10~8 cm Hz1/2W-1。与参比热电堆红外探测器相比,CMP/CNP-Si3N4-Ti N涂层优化热电堆红外探测器的响应率与探测率提升了约62.5%。