在过去的50年中，碲镉汞（Hg1xCdxTe）材料作为中远波段（3~30μm）红外探测的最重要的半导体材料之一，在红外焦平面列阵的研发和制造中得到了广泛应用。目前，以大面阵和多色探测等为特征的第三代红外探测器的发展要求对碲镉汞材料的组分、均匀性、掺杂浓度等参数进行精确控制，这就对材料的生长和掺杂工艺提出了新的要求。碲镉汞材料中的缺陷态十分复杂，即使是应用了当前较先进的分子束外延和金属有机化合物化学气相沉淀等外延生长方法，所制备的碲镉汞材料中仍然有复杂的缺陷能级。由于实验检测手段精度的限制，目前很难通过实验得到这些缺陷能级所对应的缺陷种类以及缺陷的具体掺杂行为。在这一问题上，基于密度泛函理论（DFT）的量子力学理论计算研究手段具有很大优势，其计算参数不依赖于实验条件，并且可以从原子尺度建模研究目标缺陷的具体掺杂行为，所以可作为对实验的重要补充。本论文运用基于DFT的第一性原理计算方法，结合经典的热力学方程和生长理论，研究了本征掺杂和V族元素掺杂碲镉汞体材料中点缺陷和复合缺陷（defect complex）的几何形态、电子结构、能量特征、扩散路径等掺杂行为，为实验中碲镉汞材料缺陷种类的判别和缺陷掺杂行为的描述提供了参考，同时对于其他II-VI族半导体材料掺杂问题的研究也有一定的指导意义。本论文的研究内容和创新性结果如下：1.研究了砷（As）掺杂碲镉汞体材料中本征缺陷和砷掺杂缺陷的形成能分布，以及砷替代Hg位的点缺陷（AsHg）与汞空位（VHg）耦合形成复合缺陷的原理及复合缺陷的几何构型、电子结构等。通过研究不同砷掺杂形态（As单原子、As2和As4）对于缺陷形成能的影响，得到了各点缺陷和复合缺陷的形成能与As、Te化学势之间的关系，并研究了二相产物As2Te3在相图中的分布。在AsHg–VHg复合缺陷部分的研究中，发现了两点缺陷之间的长程耦合机制，并通过几何结构、结合能和电子结构计算详细描述了其耦合机理。结果表明AsHg与VHg之间的相互作用加剧了晶格畸变，并在此过程中产生了一系列禁带中的缺陷能级。这一结果能为实验中发现的砷相关复合缺陷的掺杂行为的描述提供理论基础，同时也为砷掺杂碲镉汞材料中电学补偿效应的理论解释提供了新的视角。2.研究了碲镉汞材料中Te反位（TeHg）相关缺陷的掺杂行为，发现Te反位与汞空位耦合形成的多种复合缺陷（xTeHg–yVHg）是碲镉汞材料中复杂深能级的来源之一，并通过计算其几何结构和电子结构详细描述了其掺杂行为。计算结果表明一种具有“双键断裂”特征的2TeHg–VHg耦合结构有较低的缺陷形成能，可能在深能级产生的过程中起着关键作用。电子结构计算结果揭示了反位Te原子的5p态在不同晶体场中不同程度的劈裂是禁带中复杂深能级的可能来源。通过计算缺陷形成能结合经典的热力学方程，我们提出了材料生长/退火过程中减少Te反位深能级缺陷的可行性方案，为碲镉汞材料生长实验中缺陷态的精确控制提供了理论参考。3.探究了V族元素锑（Sb）在碲镉汞材料中作为p型掺杂源的可行性，并讨论了其掺杂行为与砷掺杂的不同之处。与As相比，Sb具有更大的共价半径，导致其在间隙位掺杂情况下有更大的晶格畸变。计算结果表明，Sb的间隙位掺杂缺陷比As的更为稳定，且在材料中有汞空位共存的情况下也能保持稳定构型，因此间隙位Sb相关的复合缺陷有作为p型掺杂源的潜力。这一结果为碲镉汞材料中的V族元素掺杂行为的描述提供了理论支持。4.提出了碲镉汞材料中砷掺杂p型激活路径的新的物理图像。我们系统地计算和分析了间隙位迁移、汞空位调制迁移（Berding模型）等多种砷掺杂p型激活路径的迁移势垒和起点/终点几何构型，揭示了汞空位对砷掺杂p型激活过程的促进作用，并提出了一种TeHg–VHg复合缺陷调制的新的p型激活路径模型。这种TeHg–VHg模型具有较低的迁移势垒（0.92eV），与Berding等人提出的汞空位模型的迁移势垒（1.64eV）相比有显著降低；另外，其p型激活的终点为AsTe2复合缺陷，不同于Berding模型中的点缺陷（AsTe）激活终点。这种AsTe2复合缺陷构型与Biquard等人在精细x光吸收谱实验中观察到的结果较为一致，从而可以为最近碲镉汞材料实验领域内的一些新发现提供理论参考。