碲锌镉（CdZnTe，Cd1-xZnxTe）单晶材料是制备高性能长波、甚长波碲镉汞（MCT）红外焦平面探测器的最佳衬底材料，在制备X和射线探测器、太阳能电池等方面也有着广阔的应用前景，因此，高质量CdZnTe单晶体的制备一直倍受关注。CdZnTe单晶存在生长温度高、热导率低、层错能低、组分分凝等诸多不利因素，导致单晶直径难以增大，晶体中大量存在着各种典型缺陷。增大晶体直径、提高晶体质量一直是CdZnTe单晶生长研究的主要方向。本文围绕MCT液相外延技术对大面积高质量CdZnTe衬底的迫切需求，在实验室多年经验技术积累的基础上，对传统的垂直布里奇曼法进行了更深入的研究，通过进一步研究CdZnTe单晶生长工艺因素对单晶生长过程的影响，以及深入研究晶体缺陷的形成机理，从而不断改进单晶生长技术，探索新的单晶生长方法，增大晶体直径，提高单晶率及重复性，抑制晶体缺陷，增大CdZnTe衬底尺寸，提高衬底质量。固液界面是CdZnTe单晶生长研究的核心。通过对三种典型晶体尾端面形状的形成机理的研究，发现晶体尾端面形状与晶体生长结束时尾端面相对于温场凝固点的位置密切相关，因此，可根据晶体尾端面形状判断晶体生长结束时固液界面相对于炉体的位置，为调控固液界面位置提供了重要参考依据。研究了温场对称性对单晶率的影响，结果表明，不对称温场对于晶锭的晶粒分布具有非常明显的影响，晶锭表面形貌与坩埚内壁粗糙度密切相关，但是，没有发现晶体的侧壁形核与坩埚的材料以及坩埚内壁粗糙度之间存在某种联系。在单晶生长过程中使坩埚保持匀速旋转是减弱温场不对称性影响的有效方法，可使晶锭整个一周形成单一的大晶粒。腐蚀坑密度（Etch Pit Density，EPD）是评价CdZnTe衬底质量的主要参数之一。本文研究了坩埚材料对EPD的影响，结果表明，采用热解氮化硼（pBN）坩埚生长的CdZnTe单晶的EPD一般小于5×104cm-2，比石英熏碳坩埚至少低半个数量级。分析认为，采用石英熏碳坩埚生长的晶体的EPD比pBN坩埚高的主要原因是，降温时坩埚内材料蒸气压下降导致石英熏碳坩埚收缩，对晶体形成压力，晶体在压应力作用下发生位错大量增殖。进一步研究了降温速率与EPD的关系，结果显示，无论采用石英熏碳坩埚还是pBN坩埚，没有发现快速降温导致位错密度显著升高的现象。分析认为，随着降温速率的增加，晶体热应力不断增大，但是坩埚对晶体的压应力作用时间不断减小，降温速率对EPD的影响是由于降温速率引起的热应力与坩埚对晶体的压应力综合作用的结果。夹杂是影响CdZnTe衬底质量的主要晶体缺陷之一，通过研究夹杂密度与各种工艺因素的关系，发现化学计量比偏离是导致夹杂的最主要因素，因此，严格控制化学计量比是消除夹杂的最根本的解决办法。本文通过严格控制晶体的化学计量比，获得了无夹杂的CdZnTe晶体。为了避免坩埚壁对CdZnTe单晶生长的影响，人们一直在努力实现无坩埚壁接触的单晶生长方法。本文提出了一种新型无坩埚壁接触式单晶生长方法，利用CdZnTe熔体凝固时体积缩小的物理性质，使晶体在一种缩颈型坩埚内自上向下生长，可以实现无坩埚壁接触的单晶生长，该方法尤其适合生长大直径单晶体。采用该方法进行了Φ50mm CdZnTe单晶生长实验，经过多次改进，获得了大尺寸单晶体，制备的单晶衬底最大尺寸达到100×40mm2；夹杂尺寸小于3um，密度约为13cm-2；EPD约为1.3×105cm-2。在衬底加工工艺中，为了快速去除毛坯晶片的切割损伤层，开发了一种批量化学腐蚀减薄方法，取代了传统的机械磨抛方法，采用新技术加工一批晶片的周期从原工艺的6天减小到2小时，大幅提高了工艺效率，降低了工艺成本。一般情况下，衬底缺陷分布并不均匀，存在较强的分布特征，衬底应用更关注衬底缺陷分布特征的整体评价。为了快速获得整个衬底的腐蚀形貌图片，分析缺陷宏观分布特征，提出了可见光照相法，该方法检测速度快，存储数据量小，目前已成为衬底质量评价的主要技术手段。为了获得更精细的衬底腐蚀形貌图和夹杂分布图，设计组装了自动扫描红外透射光学显微镜，该设备同时具有可见光反射成像和近红外透射成像功能，扫描拼图数量可达1万张以上，使用软件分析计数功能获得的缺陷密度比人工计数方法更可靠。X射线衍射形貌术是一种非破坏性研究CdZnTe衬底和MCT外延层晶体结构缺陷的有效方法，本文采用国际上最新提出的反射式X射线衍射形貌术对CdZnTe晶体质量进行了评价研究。上述晶体质量评价方法为研究CdZnTe衬底质量与MCT外延层质量的关系提供了丰富的技术手段。MCT液相外延应用结果表明，CdZnTe衬底的小角晶界等晶体结构缺陷会“复制”到外延层上，衬底质量对MCT外延层质量具有直接的影响，晶体结构完整的衬底是制备高质量MCT外延材料的基础。经过持续的研究改进，采用垂直布里奇曼法生长的Φ60mm晶锭的最优单晶率达到90%以上，Ф90mm单晶的平均单晶率约为56%，可以批量制备30×40mm2、40×40mm2、40×60mm2和50×50mm2等规格（111）衬底，衬底的EPD小于5×104cm-2；成功生长了Ф120mm大直径单晶，预计可获得60×60mm2衬底。开发的无坩埚壁接触式单晶生长方法为大直径CdZnTe单晶的生长提供了一种新的方法。充分利用并研发改进了晶体质量评价方法，对晶体缺陷的形成机理进行了研究。本文制备出了大尺寸、高质量的CdZnTe衬底，为高性能长波MCT红外焦平面器件的研制提供了坚实的衬底材料基础。