红外探测器在民用军用领域都有非常重要的地位,包括:安防、夜间成像、导弹预警、气象水文探测等等。随着材料制备技术和芯片制造工艺的不断进步,红外探测器正在向高探测率、大面阵、小型化、高温化和多色探测等方面快速发展。诸多应用于高性能红外探测焦平面探测器的新材料体系正在涌现,其中以In As/Ga Sb超晶格为代表的锑化物II类超晶格材料获得了极大的关注。它具有有效质量高、能带调节便利、均匀性好等特征,在红外探测领域尤其是长波甚长波领域具有重要的应用潜力。该II类超晶格材料突出的优势之一是能够通过“能带工程”自由调节材料的能带结构,从而通过材料学模型计算实现对探测器特定性能的优化和改进。本论文工作在研究组已建立的一套超晶格红外探测器模拟体系的基础上,包括超晶格能带计算、器件载流子输运模拟和暗电流模拟,通过理论分析和实验修正进一步完善了该体系的精度以及与实验的匹配性。采用的模拟流程:（1）确定器件的响应波段后,基于Nextnano软件内置8带·微扰方法建立的超晶格能带计算体系,获得合适的且能带匹配的各区域超晶格结构;（2）使用Mathematica软件进行暗电流模拟寻找该波段主导的暗电流机制;（3）借助Nextnano内部的泊松方程模块求解器件整体的能带,持续优化器件结构布局和掺杂等以达到最佳性能;（4）实验上生长制备测试样品,验证是否符合设计要求并优化结构。首先,本论文工作针对甚长波探测器件暗电流偏高的问题进行了模拟分析,发现问题直接来源于势垒区掺杂过高导致吸收区能带严重弯曲,使导带价带间距过近引发的强隧穿暗电流。研究工作对探测器的势垒区和吸收区的超晶格结构进行了优化设计,提出了一种新的基于PπMN结构的势垒型甚长波探测器结构设计,称为薄势垒PπBN结构。该结构一方面对势垒区进行P型掺杂以与同样P型掺杂的吸收区形成同型结,消除了少子耗尽层,从而大幅抑制了器件的隧穿暗电流和G-R暗电流。另一方面,PπBN结构采用较薄的势垒区,大大提升了器件的载流子输运效果,特别是对于势垒区采用P型掺杂的器件。这得益于我们系统研究了势垒区的厚度对器件的载流子输运和器件性能的影响,适中厚度的薄势垒区厚度能使器件同时具备高阻抗和高量子效率,以及较低的开启电压。随后,我们研究了进一步抑制扩散暗电流的方案,通过提升吸收区的掺杂浓度,减少了吸收区的少子浓度从而降低了扩散暗电流。对于综合优化的器件,理论模拟结果表明,器件暗电流随电压增大呈现先“平”（扩散）后“升”（G-R）再“扬”（隧穿）的变化趋势,具有45%以上的量子效率,-50 m V工作电压,以及7.7x10^-4A/cm²的工作暗电流,综合探测率接近1x10¹¹ cm Hz^1/2/W。接着,我们提出了分段掺杂pBp结构和固定电荷钝化工艺设计。pBp结构的势垒区被分成三份,两侧采用P型掺杂抑制暗电流,中间部分采用本征偏N掺杂提升载流子输运,能达到与上述薄势垒PπBN结构相同的效果。同时,我们设计了一种带有固定电荷的介质钝化层,覆盖在浅刻蚀后的器件台面上。固定电荷激发的电场将影响超晶格断面表面的能带,使其变为电子耗尽层,从而在窄禁带吸收区表面掐断漏电流通道。最后,我们对采用薄势垒PπBN结构的三片长波器件做了暗电流特性分析,验证了这一结构的有效性,并发现了表面钝化工艺急需改善的必要。