量子点作为光电子器件的增益或吸收介质,其中一些关键科学问题尚待深入研究。量子点除了具有三维量子尺寸效应之外,其用于激光器和探测器等还可表现出低阈值电流密度、低噪声等特点,因而具有较高实用价值。采用阱中量子点的器件既可作为光探测器件,也可作为光存储器件（以下统称阱中量子点光电器件）,基于其较长的载流子寿命可以获得低暗电流、高探测率和波长可调等特点,但量子点光电探测器在信号读出方面仍存在一些需要解决的问题,以及探测率与响应速度的权衡问题、探测器件与存储器件的关系问题等。本博士学位论文工作以阱中量子点光电探测器为研究对象,系统研究了其响应速度、存储时间及弱信号探测等方面问题,并在深低温读出电路的效率及信号处理等方面开展了工作。论文包含的主要研究内容如下:1.针对阱中量子点光电器件（器件样品由中国科学院半导体研究所研制,下同,有特别说明除外）,研究了其在波长约800 nm的激光照射下的瞬态响应特性。光脉冲宽度为100 ps时,测试得到器件室温下瞬态响应时间为5.2 ns。此外还研究了不同工作模式下器件的非线性方程,并采用遗传算法建立了量子点探测器的等效电路,从而将非线性问题转化为全局最优解,提取了不同光强下的等效电路模型。2.依据中科院半导体所的测试结果和其提出的一定偏压值能够使电子和空穴在空间上分离,分别存储在量子阱和量子点中,分析阱中量子点光电器件样品A的“台阶状”I-V（电流-电压）曲线和“鱼眼状”C-V（电容-电压）曲线,研究测试到器件存储时间为ms级,最大存储时间可达0.6 s。实验证明,存储窗口大小与器件偏压存在一定的关系,存储时间与偏压无关。3.研究分析高增益为主的样品B和存储特性明显的样品A的PL谱:两种类型光电器件的量子点发光峰值强度是一致的,区别是量子阱的能级和缺陷能级。样品B的量子阱能级更高,同样的偏压或光强下,量子点中的空穴更容易溢出,导致样品B具有更高的灵敏度[88],存储特性明显的样品A则关注量子点在阱中的存储时间。实验表明,弱光（nW以下）时器件特性以高灵敏度为主,较强光下以存储为主。从样品A的C-V曲线来看,弱光下产生的电子空穴对被复合,存储电荷很少,随着光量增加,存储电荷增加。4.为了满足高灵敏度和高分辨率的红外成像系统的需求,光电器件常在低温下工作以减少热噪声和抑制暗电流。依据团队读出电路基础,采用低温仿真软件重点研究了20~300 K下MOS器件及读出电路的工作状态,调整CMOS单元器件的宽长比,经过0.35μm 2P4M数模混合电路流片,陶瓷基板封装测试,初步证明电路最低工作温度在40 K附近。5.在红外读出系统中,读出电路的偏置电压稳定对整个系统有着重要影响,甚至直接影响最后的读出。仿真设计了两种带隙基准电压源,其具有低功耗,宽温度范围,高电源抑制比等特点,固定输出电压为1.21 V,工作温度范围-100~125℃,电源抑制比-69 dB,运放增益82 dB,功耗5μW。为增加读出电路的动态范围,进一步研究智能读出设计。