在航空领域，红外探测材料广泛应用于战斗机机载雷达和空空导弹的导引头。红外探测材料性能的高低将决定航空机载装备的侦测距离和精度，进而影响战斗机的作战半径、攻击的有效距离和侦察预警能力。红外探测材料从使用温度上可以分为室温红外探测材料和低温红外探测材料。

室温红外探测材料的工作原理为材料吸收红外辐射后温度发生变化，导致材料物理性质变化，从而实现对红外辐射的探测。根据不同类型材料对热响应不同的物理性质变化，室温红外探测材料有热敏电阻型、热电堆型和热释电型等。制造室温红外探测器的材料主要有氧化钒薄膜、无定型硅和锡锶钛酸盐三种。基于室温红外探测材料的工作原理，其缺点是探测灵敏度低、响应慢；优点是工作温度没有限制、成本低，因此室温红外探测材料主要应用于要求较低的军事领域和民用领域。

利用电子吸收红外光谱激发跃迁原理工作，具有灵敏度高、响应快等优点，一般应用于军事领域。为了使红外探测器工作在最佳状态，低温红外探测器的工作温度通常为80～200K。在此温度范围内，低温红外探测材料暗电流最小，从而使信号免于被巨大的噪声淹没，实现高性能的探测。低温红外探测材料主要分为利用本征能带跃迁的窄带隙直接半导体和基于量子效应（利用子带间或次能带跃迁）的红外探测材料。在武器装备的实际应用方面以窄带隙直接半导体为主。

窄带隙直接半导体红外材料主要有锑化铟（InSb）、硅化铂（PtSi）和碲镉汞（HgCdTe）。InSb的带隙不可调控，探测波数范围在中红外波段（3～5微米），是空空导弹引导头的核心探测材料。PtSi的带隙也不可调控，探测波数范围可覆盖近中红外波段（1～5微米），但其噪声等效温差较高、精度较差，一般应用于冶金工业的温度监测。HgCdTe材料可以实现带隙可调，探测范围可以覆盖3个大气窗口，综合性能最为优异，被用于多种波段的探测器，如短波探测器（SWIR）、中波探测器（MWIR）和长波探测器（LWIR），是最理想的红外探测材料之一。

HgCdTe是碲化汞（HgTe）和碲化镉（CdTe）混合的赝二元系统。HgTe和CdTe的晶格常数很接近，分别为6.46Å和6.48Å，并且都具有闪锌矿结构，使它们能以任何配比形成连续固溶体(HgTe)_1-x(CdTe)_x赝二元系，即Hg_1-xCd_xTe混晶材料。通过调节组分，Hg_1-xCd_xTe的禁带宽度可以从-0.3电子伏连续变化到1.6电子伏，因而能够对1～30微米的连续波段实现响应，覆盖整个红外波段。HgCdTe具有较高的量子效率和长的载流子寿命，容易获得高低不同范围的载流子浓度，同时具备高的电子迁移率和低的介电常数。20世纪末，人们提出发展第三代红外焦平面探测器，其特点是大规模、多色探测和数字化，其不断提高目标探测、识别能力。这些要求推动了高性能HgCdTe红外材料的制备。HgCdTe材料的制备方法主要有分子束外延法、金属有机气相沉积、磁控溅射法（磁控溅射制备的具有纳米结构的HgCdTe薄膜）和水热法等。

纳米材料的理论研究和实验研究均表明，将红外探测材料低维化能够有效地提高探测性能。在半导体理论中，能量状态密度D（E）定义为单位能量变化区域内的能量状态数。随着材料维数的降低，D（E）逐渐减小，连续能带消失，直至量子点中出现完全分立的能级。因此，低维量子结构与体材料在D（E）上的差异，导致了它们电子性质上的不同。随着低维物理学的发展，纳米材料在实践中成功提升了多种功能材料的性能。因此，人们实施了宽带隙半导体的能带工程，利用异质结的子带间或次能带跃迁设计了不同体系的低维红外材料体系。在红外探测材料和器件的研究过程中，发展了四种低维红外探测材料器件，分别为量子阱红外探测器、Ⅱ型超晶格（SLS）红外探测器、量子线红外探测器和量子点红外探测器（见图）。四种器件的核心都为低维红外探测材料。

a 量子阱红外探测器 bⅡ型超晶格红外探测器 c 量子线红外探测器 d 量子点红外探测器图2 低维红外材料器件结构示意图