科技发展的本质是人类不断探索和认识世界的过程。红外天文探测器是人类探索外太空世界的有力工具,其重要性不言而喻。阻挡杂质带（Blocked Impurity Band,BIB）红外探测器凭借其优异的探测性能,已成为目前中、远红外天文探测领域的主流探测器,被广泛应用于各种大型天文探测平台上,如宇宙背景探测器（Cosmic Background Explorer,COBE）、斯皮策（Spitizer）太空望远镜和詹姆斯?韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope,JWST）。然而,尽管BIB探测器已经得到了成功的应用,但是其在低温下的很多工作机制仍然令人困惑。此外,我国在BIB探测器方面的研究还处于起步阶段,这限制了我国红外天文学的发展。因此,急需对BIB探测器进行深入而系统的研究。本论文主要围绕锗基BIB探测器的物理模型、参数优化、器件制备、测试方法、光电导增益、界面势垒和结构改进等方面展开,通过理论分析和实验数据相结合的方法进行研究。本论文研究工作的主要创新点如下:1.通过改进制备工艺和优化器件参数,我们采用近表面加工方法成功制备出超高性能的Ge:B BIB探测器。在3.5 K工作温度和30 m V工作电压下,器件的响应波段覆盖15-200μm,峰值响应波长位于117.9μm处,黑体响应率为1.47 A/W,探测率为2.97×1013 cm?Hz1/2?W-1,在117.9μm处的峰值响应率达到21.46 A/W,探测率达到4.34×1014 cm?Hz1/2?W-1,器件性能达到国际先进水平。通过对暗电流的研究,我们发现只要保证探测器击穿特性的存在,就可以保证其在击穿之前的低暗电流,也就可以保证优异的探测性能。2.针对高温黑体测试系统用于BIB探测器测试时存在的不足,我们特别设计并搭设了一套低温黑体测试系统。该低温黑体测试系统具有三个优点:（1）彻底避免了背景辐射对探测器的影响;（2）低温黑体光源与BIB探测器探测目标的辐射特性接近;（3）避免了机械振动对测试光路的影响,使用闭循环型低温恒温器,便于控制实验成本。借助该测试系统,我们研究了Ge:B BIB探测器的光电导增益受电场强度的影响,并发现了增益工作模式。根据器件光电流的增益机制和暗电流的击穿机制,我们对增益工作模式给出了合理的解释。在增益工作模式下,器件的光电导增益更大,有利于对微弱信号的检测。3.通过对BIB探测器中界面势垒的研究,我们发现界面势垒高度可以被掺杂浓度调控,并由此制备了具有不同势垒高度的Ge:B BIB探测器,发现了界面势垒阻挡机制。对于电极区与其相邻区界面处的势垒,其可以阻挡电极区内的载流子向相邻区注入,从而减小器件暗电流。此外,电极区内载流子也可以通过吸收红外辐射跃迁的方式通过界面势垒,并且扩展BIB探测器的响应波段。对于吸收区和阻挡区界面处的势垒,其可以阻挡能带边缘处载流子的传输,尤其是阻挡长波辐射激发的低能光生载流子的传输。通过增加工作电压,使低能光生载流子通过界面势垒的概率增大,可以增加探测器对长波长辐射的相对响应强度。4.为了解决传统BIB探测器耗尽区窄的问题,我们设计并制备了多结阻挡杂质带（Multi-junction Blocked Impurity Band,MBIB）探测器。MBIB结构是创造性地将多个吸收区和阻挡区叠加在一起,从而获得多个吸收区阻挡区界面,即多个耗尽区,从根本上解决了BIB探测器耗尽区窄的问题。此外,我们还发现MBIB探测器避免了BIB探测器单向工作的特性,其总可以工作在性能更好的正常工作模式下。相比单结BIB探测器,双结MBIB探测器的性能最大提升了34.7%,而五结和十结MBIB探测器的性能甚至提升了20倍。MBIB探测器的性能优势已得到实验的初步验证,有望彻底取代BIB探测器,成为下一代中、远红外天文探测领域的主流探测器。