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在当前大规模红外焦平面器件的研制中，高性能器件的制备需要高质量、大面积、组分均匀的H91-xCdxTe材料。Si基HgCdTe材料由于Si衬底具有面积大、晶体质量高、杂质少、成本低、机械强度高、与Si读出电路热匹配等优点而广受重视。但是Si衬底与HgCdTe外延材料之间19.3％的晶格失配以及很大的热失配(～37.5％)将导致大量的位错增殖，严重影响红外焦平面器件的工作性能。ZnTe/CdTe缓冲层材料的生长可以比较有效地抑制界面处产生的失配位错并阻止由此而产生的穿越位错进入HgCdTe层中。CdTe/HgCdTe外延薄膜的生长和评价则是制备高性能Si基红外焦平面器件的重要组成部分。本论文的研究目的主、要是通过对在Si(211)上外延HgCdTe/CdTe进行评价与表征，分析不同结构、生长条件对材料质量的影响，以优化生长条件和材料结构设计，获得适合用于红外焦平面器件制备的材料。
一、高能电子衍射(RHEED)图案显示，晶格过渡的ZnTe/CdTe低温缓冲层生长能显著抑制多晶、孪晶的产生；高分辨率X射线双轴衍射和红外透射光谱拟合结果显示在对Si(211)衬底偏角进行优化后获得了高晶体质量、组分均匀的Si基HgCdTe/CdTe材料。
二、采用高分辨率X射线三轴衍射，对Si基HgCdTe/CdTe材料进行△ω/2θ-ω联动扫描，获得(422)对称衍射面、(333)和(511)非对称衍射面以及(422)对称衍射面、(440)和(404)非对称衍射面两组倒易空间图；运用晶体弹性理论建立外延层应变模型，计算了在不同倾角的Si(211)衬底上分子束外延CdTe在[1-1-1]和[01-1]两个互相垂直方向上的剪切角与应变，证实采用合适的衬底倾角能有效降低γ[1-1-1]，并且在[1-1-1]、[01-1]方向上的应变均较小。在[1-1-1]、[01-1]两个方向上的CdTe材料的应变为正值，该应变源于CdTe和Si热胀系数的差异所造成的热失配。在适当倾角的Si(211)衬底上外延的厚度为7.42μm的CdTe材料测得的晶格常数已接近体晶材料值，证实随着CdTe厚度的增大，表层的残余热应变变小。采用双轴应力模型计算了[1-1-1]、[01-1]两个方向的轴向应力，发现对于同一样品，[1-1-1]方向上的张应力均大于[01-1]，亦表现出各向异性；经过Si(211)衬底倾角优化后的CdTe外延薄膜在[1-1-1]、[01-1]方向上的应力减小。
三、计算HgCdTe/CdTe/Si(211)异质结构的应变和应力分布以及曲率半径，发现对于生长方向为不具有对称特性的[211]晶向，由于弹性模量的各向异性，平行表面的两个晶向方向[1-1-1]和[01-1]的应变和应力分布存在差异，并且二者的曲率半径也具有相应特性。对于Si衬底的厚度为500μm，CdTe缓冲层厚度为10μm，HgCdTe层厚度为10μm的异质结构，液氮温度77K时衬底与外延层的应变均为负值，外延层和衬底的最大应力值均在界面处，外延层中均为张应力，Si衬底在靠近界面处为压应力，远离界面逐渐过渡为张应力，存在一应力为零的中性轴位置。