ZnTe缓冲层调控的高质量CdZnTe(211)薄膜生长机制研究：实验与第一性原理计算的协同探索

本文推荐：本研究通过近间距升华法(CSS)在GaAs衬底上生长CdZnTe(211)薄膜，创新性引入ZnTe缓冲层，实现15?μm/h高速生长且晶体质量优异（DCXRC FWHM优化）。结合第一性原理计算(DFT)揭示缓冲层通过降低晶格失配、过滤穿透位错(TDs)及改善生长岛形貌三重机制提升系统稳定性，为突破HgCdTe红外探测器衬底尺寸限制（当前最大6×6?cm2）提供新思路，对发展低成本大面阵焦平面阵列(FPA)具有重要指导价值。

　　

Highlight

本研究设计并制备了具有ZnTe缓冲层的CdZnTe薄膜，作为一种低成本、高生长速率且高质量的替代衬底材料。利用ZnTe介于GaAs与CdZnTe之间的晶格常数，CdZnTe薄膜获得了优异的晶体质量。第一性原理计算表明，ZnTe缓冲层的引入有效提升了系统稳定性。

Results and discussions

为探究ZnTe缓冲层对CdZnTe薄膜表面形貌的改善作用，我们采用原子力显微镜(AFM)进行详细分析。图3(a)显示无缓冲层的CdZnTe(211)薄膜AFM图谱，可见明显的岛屿生长模式，虚线标记区域显示相邻生长岛因取向差异形成的生长凹坑，阻碍了岛屿融合。而引入缓冲层后，岛屿形貌显著改善...

Conclusions

总之，我们开发了具有ZnTe缓冲层的CdZnTe薄膜体系，其作为替代衬底材料兼具低成本、高速生长（15?μm/h）和高质量特性。ZnTe缓冲层通过降低GaAs与CdZnTe间的晶格失配、过滤穿透位错以及优化生长岛形态，有效抑制了孪晶形成。第一性原理计算证实缓冲层可降低系统能量，促进结晶优化。该工作为改善化合物半导体薄膜质量、提升HgCdTe材料性能提供了新策略，对解决HgCdTe红外技术中的衬底限制问题具有重要意义。