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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Hg1-xCdxTe材料。然而，ZnCdTe基HgCdTe外延材料由于其尺寸上长久的限制，不能满足上述需求。以GaAs和Si作为替代衬底材料，由于具有面积大、晶体质量高、杂质少、成本低、机械强度高等优点而广受重视。但是HgCdTe外延材料与替代衬底之间有较大的晶格失配(与GaAs～14.6％，与Si～19.8％)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。一种有效的方法是采用在替代衬底上生长ZnTe/CdTe缓冲层材料，而后外延生长HgCdTe，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，从而达到减小位错的方法。这种方法研究已经比较成熟。本论文的研究目的主要是通过研究另一种改善HgCdTe材料中位错密度的方法--高温热退火过程，分析不同退火条件对材料各个性质的影响，以优化高温热退火过程，获得位错密度改善的HgCdTe外延材料，为后续用于红外焦平面器件制备做好准备。 基于Masafumi等人关于GaAs/Si材料在热退火过程中的简单位错运动模型，对其进行相应的修改，并将该模型应用于HgCdTe/CdTe/GaAs(orSi)异质结构体系，从而建立了适用于MBE生长的HgCdTe外延薄膜材料的位错运动反应模型。根据模型的理论计算获得如下结论：在热退火的过程中，外延材料位错密度的变化和生长平面内的方向、外延层的厚度的相关性较小，和热退火时间以及热退火时的温度的相关性较大。故只考虑热退火时间和热退火温度对位错密度的作用。 同时，计算获得了HgCdTe表面CdTe钝化层影响退火对位错的抑制作用的原理：源于CdTe钝化层对HgCdTe薄膜的晶格应力，从而改变了热退火过程中体系总应力HgCdTe位错运动模型。 研究真空腔体外的热退火对HgCdTe薄膜材料高密度位错改善的具体效果。采用长时间持续退火、多次循环热退火、台面结构热退火等方法，实验比较了不同退火条件的位错抑制作用。实验发现，合适条件的热退火对HgCdTe材料位错密度的确有改善作用，且改善程度与热退火温度和退火时间相关。综合退火前后HgCdTe材料的表面情况、组分厚度变化、晶体质量和位错密度等因素，以及工艺的可行性和后续器件制备等要求，合适的退火条件为：400℃/2hr，位错较退火前减小60％，SMCT位错密度最好结果为5.7×106cm-2，GMCT位错密度最好结果为4.2×106cm-2。 多次循环退火实验表明，退火温度依然对位错抑制占主导作用，循环次数的增加有助于降低位错但循环4-5次就趋向饱和。并且发现5次400℃/10min循环退火与400℃/2hr退火对位错的抑制作用相当。 台面结构退火实验表明，HgCdTe表面的台面结构确实能一定程度的增强热退火对位错的改善作用。同时初步实验获得，台面尺寸小于13μm，这种增强效果较好。 研究了经过热退火后HgCdTe异质外延材料的电学性质--载流子浓度、迁移率等的变化情况。通过退火前后的HgCdTe异质外延材料的霍尔测试结果的比较，获得材料的载流子浓度和迁移率的变化是随着退火条件而改变的，尤其是退火温度对其影响作用要远大于退火时间的作用。当退火温度为450℃时，HgCdTe材料表面将完全形成一层反型层，并通过结合腐蚀实验和霍尔测量，得到反型层的厚度大约小于0.2μm。 采用高温热退火的HgCdTe外延材料制备了128×1红外焦平面器件，并进行了变温I-V测试。从测试结果和暗电流拟合计算中，获得了经过热退火的器件在不同温度下的暗电流机制要优于未退火的器件。尤其是在大反偏电压处可以看到，缺陷辅助隧道电流机制起的作用有更大的改善，验证了热退火确实减少了HgCdTe材料中的位错。对不同截至波长下的直接带间隧道电流机制和缺陷辅助隧道电流机制进行了计算对比，从中得到HgCdTe材料中的位错在截至波长拓展到长波波段时，对器件性能的影响更为巨大。