HgCdTe红外探测器材料中的本征点缺陷:基于第一性原理的深能级中心识别

我们利用依赖介电杂化密度泛函并结合自旋轨道耦合,研究了长波红外(LWIR)探测器材料Hg$_{0.75}$Cd$_{0.25}$Te中的本征点缺陷。表征这些点缺陷至关重要,因为它们是探测器材料中本征掺杂和非辐射复合中心的来源。依赖介电的杂化泛函能够准确描述Hg$_{1-x}$Cd$_{x}$Te(MCT)在整个组分范围内的带隙($E_g$),这一精度水平在标准杂化泛函下难以达到。我们对本征点缺陷的全面考察证实,阳离子空位$V_\text{Hg(Cd)}$由于其较低的缺陷形成能以及在价带顶(VBM)附近存在浅受主能级($-$/0),是LWIR材料中$p$型电导的主要来源。除浅受主能级外,阳离子空位还表现出位于带隙中部附近的深电荷跃迁能级(2$-$/$-$),这是非辐射复合中心的特征。我们的结果表明,在富Hg生长条件下,Hg间隙原子也可能通过亚稳构型成为LWIR MCT中的深能级中心。虽然孤立的Te反位不显示深能级,但$V_\text{Hg}$-Te$_\text{Hg}$缺陷复合体的形成会在带隙内引入深受主能级。