碲镉汞(Hg1-yCdyTe,HgCdTe)是制备高性能红外探测器的优良材料,在气象预报、资源探测和天文观测等领域中有重要的应用。碲锌镉(Cd1-xZnxTe,CdZnTe)通过调节合适的Zn组分能够和碲镉汞材料在晶格上实现完全匹配,是外延高性能碲镉汞薄膜材料可选择的最佳衬底材料。尽管近些年来替代衬底上的HgCdTe外延技术已取得了长足的进展,但其实际应用主要为高背景应用领域的中短波红外焦平面探测器,高性能的长波、甚长波、双色、雪崩工作模式和高工作温度的HgCdTe红外焦平面器件仍需要使用CdZnTe单晶衬底上获得的低缺陷密度外延材料,大尺寸低缺陷密度CdZnTe衬底依然是先进HgCdTe红外焦平面制造工艺所采用的主流技术。第三代碲镉汞红外焦平面技术对CdZnTe晶体材料的尺寸和质量控制提出了新的更高要求,关键点在于控制材料中的高密度位错缺陷和第二相缺陷以及重复可控地生长出高单晶率的晶体材料。由于检测手段的限制,当前对CdZnTe晶体中的位错线的空间结构和延伸方向的研究还较少,对材料中微米级第二相缺陷以及亚微米级第二相缺陷的研究还不够深入,给全面分析CdZnTe晶体生长工艺对材料缺陷性能的影响造成了很大的困难。VGF生长方法已成为国际上生长CdZnTe单晶的一种先进技术,而国内对碲锌镉生长技术的研究仍停留在VB生长方法上,采用VGF法生长CdZnTe晶体的报道还较少,技术也不成熟。本文利用缺陷动态腐蚀观察技术和透射显微观察技术对CdZnTe晶体中的位错缺陷和第二相缺陷开展了进一步的研究,提出了一些新的测试方法和评价技术。在晶体生长技术方面,对CdZnTe晶体的定向籽晶VGF生长方法进行了探索,运用晶体生长仿真软件对VGF生长过程中的热场分布、对流结构和Zn组分分布进行了数值计算,采用带定向籽晶的VGF生长方法生长得到了直径Φ90 mm且单晶率达到90%的CdZnTe晶锭。主要研究内容如下:（1）研究了CdZnTe材料中扩展缺陷腐蚀坑的动态腐蚀运动学特征。动态腐蚀观测结果表明CdZnTe衬底样品中大多数腐蚀坑的坑尖接近直线运动,坑尖的水平移动轨迹揭示出（111）A面三种不同构型的腐蚀坑对应的位错线在延伸方向上存在差异。腐蚀坑中心到坑尖连线的方向并不能准确代表位错线的延伸方向,位错线的延伸方向应由腐蚀坑坑尖的位移矢量确定。通过使用材料腐蚀运动学参数得到了腐蚀坑坑尖位移矢量在晶体学坐标系中的计算公式和测量方法,得到了三种不同构型Nakagawa腐蚀坑对应缺陷延伸方向的晶体学取向,分别为<110>、<112>和介于<110>和<112>之间的方向。实验观察也发现,缺陷延伸方向与腐蚀坑中心到坑尖的连线在衬底表面的投影是重合的,即缺陷延伸方向可以通过锥形腐蚀坑的结构来确定。（2）研究了CdZnTe晶体材料中位错缺陷取向分布的特征。通过将CdZnTe衬底样品（111）A面Nakagawa锥形腐蚀坑坑尖的位移矢量绘制在[111]极图上,得到了样品观察区域内位错线延伸方向的分布特征。研究发现Nakagawa腐蚀剂揭露的位错线的延伸方向仅限于[111]极图上[110]、[101]和[011]三点连线的附近区域,这表明对于CdZnTe晶体,Nakagawa腐蚀剂在（111）A面上不能揭示以大角度穿越表面的位错线,锥形腐蚀坑密度PEPD不等于材料的位错密度。研究还发现CdZnTe晶体中位错缺陷在取向分布上存在不均匀性和非对称性,对这一特性进行表征的最好方式是反映缺陷延伸方向分布的极图,除此之外,也可通过引入一些参数来完善对碲锌镉材料中位错缺陷特性的表征。这些参数包括不同{111}面上位错缺陷密度的比值RDD,穿越材料表面的位错缺陷密度DDPS和位错缺陷体密度BDDL。计算表明,对于位错线取向呈均匀对称分布的样品,穿越CdZnTe衬底（111）表面的DDPS（111）是（111）表面PEPD（111）的2倍,材料中位错缺陷的体密度BDDL约是PEPD（111）的4.2倍。（3）研究了CdZnTe衬底（112）B面Everson腐蚀坑的特性。通过研究CdZnTe衬底（112）B面腐蚀坑和（111）B面腐蚀坑的对应关系,明确了碲锌镉衬底（112）B面上腐蚀坑与材料缺陷的对应关系。（112）B面上的“嵌套三角形”、“梯形”和“棒状”腐蚀坑与（111）B面上的平底腐蚀坑相对应,源于材料中的体缺陷,或是由位错缺陷终止后的腐蚀坑演变而成。（112）B面上的典型锥形腐蚀坑来自延伸方向为[011]、[112]和[101]的位错缺陷,其他形状的锥形腐蚀坑来自延伸方向介于[011]方向和[101]方向之间区域的位错缺陷。研究发现对（112）B碲锌镉衬底,Everson腐蚀剂只能揭示取向位于极图上[011]和[101]连线附近的位错缺陷。计算结果表明,对于位错线取向呈均匀对称分布的样品,（112）B面上的Everson锥形腐蚀坑密度PEPD（112）是（111）B面上PEPD（111）的35%,穿越（112）B衬底表面的位错缺陷密度DDPS（112）为PEPD（112）的6.2倍,材料中位错缺陷的体密度BDDL是PEPD（112）的12.6倍左右。根据材料中位错缺陷取向分布的非均匀性和非对称性特征,解释了PEPD（112）和PEPD（111）关系离散的原因。（4）研究了CdZnTe晶体中第二相缺陷的测试方法。基于红外透射显微检测系统开发了第二相缺陷的3D检测技术,该技术可以精细地获取衬底中微米级第二相缺陷的空间位置和尺寸数据{（x,y,z,d）}。从衬度传递函数角度分析了单张透射显微照片中第二相缺陷的成像特征,结果发现红外透射显微照片里可观察到的第二相缺陷的最大离焦距离与其尺寸成正比,在数值孔径N.A.=0.45和衬度传递函数阈值CTF=0.02条件下,实验测定第二相缺陷的可观察范围和缺陷尺寸的比值为23.4倍,建立了通过单张透射显微照片测定第二相缺陷体密度和面密度的计算方法和检测流程。此外,在动态观察衬底表面缺陷腐蚀坑的过程中,发现碲锌镉材料中存在着快速消失的腐蚀坑,并证明这些微小的腐蚀坑与材料中亚微米第二相缺陷相关。根据腐蚀坑运动学模型,计算得到亚微米缺陷的尺寸在0.15μm～1μm之间,其密度可达108 cm-3量级,这一结果印证了激光散射扫描技术对碲锌镉亚微米体缺陷进行测量的结果,该发现为研究CdZnTe材料亚微米第二相缺陷提供了一种既经济又方便的测量手段。（5）探索了CdZnTe晶体的定向籽晶VGF生长技术。通过理论分析得到了VGF生长方法在等梯度和变梯度控制方案下的名义温场移动速率。运用晶体生长仿真软件对VGF生长过程中的热场分布、生长速率、固-液界面位置、对流结构和Zn组分分布进行了理论仿真计算。利用仿真计算的结果,完成了VGF生长炉的设计、加工和运行,仿真结果和实测结果比较接近。研究发现,<1h1>方向为CdZnTe晶体的择优生长方向。采用带籽晶的VGF技术获得了近<111>生长方向的CdZnTe单晶,晶体直径Φ90 mm,长度超过100 mm。（6）测试了EPD、红外透过率、第二相缺陷密度和Zn组分参数在VGF法生长晶体中的分布。VGF法生长晶体的平均EPD小于5.0×104 cm-2;红外透过率和第二相缺陷密度在晶体中存在不均匀分布,且存在较为明显的分界区,在分界区外侧红外透过率正常,第二相缺陷密度较低低,局部区域无透射显微镜可见的第二相缺陷;在分界区内侧红外透过率下降,存在密度达1000 cm-2、尺寸在5μm左右的第二相缺陷,论文进一步分析了晶体中第二相缺陷密度的形成原因。Zn组分测试结果显示在晶体放肩区存在局部高组分区域,在等径生长中间阶段,等Zn组分面较为平直,后段等Zn组分面沿晶体边缘上翘,在垂直生长轴向切割的衬底中心区域60 mm×60 mm范围内Zn组分绝对值偏差小于0.004。结合数值仿真结果,对熔体对流结构导致的Zn组分在生长晶体中心和放肩处的富集效应进行了分析。论文研究工作加深了对CdZnTe衬底表面腐蚀坑特性和材料中位错缺陷性能的认识,研究完善了透射面域法并使之成为一项实用化的、快速的第二相缺陷定量检测技术,提出了亚微米第二相缺陷的腐蚀检测方法。论文发展的测试方法和提出的表征参数有助于更全面地评价CdZnTe晶体的缺陷性能,在CdZnTe衬底的质检筛选具有现实应用价值,也有助于分析晶体生长工艺对缺陷性能的影响。研究工作探索了传统定向籽晶VGF法生长技术,并成功生长出CdZnTe单晶体,相关研究结果为VGF法生长技术的实用化奠定了基础。