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PbTe为Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体中的一员,具有直接跃迁和窄禁带等属性,室温带边发光位于中红外区域。与Ⅲ-Ⅴ族窄禁带半导体相比,具有重空穴缺失和较低的俄歇复合率等特点,因而在中红外光电子器件中有诸多应用。同时,PbTe具有天然较低的热导率和较大的赛贝克系数,使其在废热循环回收利用的热电领域扮演重要角色。CdTe/PbTe异质结构是研究PbTe光电及热电性质的一个重要材料体系,这源于二者具有共同的阴离子(Te)、相近的晶格常数、迥异的晶格结构(PbTe:NaCl结构；CdTe:闪锌矿结构)及较大的禁带宽度差异等独特的物理性质。在详细研究了PbTe及CdTe薄膜的外延生长后,本论文聚焦在PbTe薄膜本征缺陷相关的缺陷能级上,并对CdTe/PbTe(111)异质体系的光学和电学性质进行了深入的探索。取得了以下创新性研究成果：1.利用扫描电子显微镜(SEM)研究PbTe (111)外延薄膜表面出现的规则缺陷。实验中发现了Te/PbTe束流比Rf为0.5、衬底温度T>235℃和Rf>0.4、T=280℃时,富Te的PbTe薄膜表面出现规则的长方体和三角锥状缺陷结构。这些规则缺陷源于PbTe较低能量的{100}面的生长速度较{111}高能面快,系统倾向于{100}面的生长来降低表面能；由于PbTe的岩盐结构,因而导致其表面出现了规则的类立方体结构和三角锥型结构。规则缺陷的形成需要一定的衬底温度和富Te环境。当降低Rf使得薄膜富Pb,源于沿PbTe<110>{100}主滑移系统不充分的线位错滑移将导致三角坑的出现。2.采用分子束外延(MBE)方法在BaF2衬底上直接外延生长了CdTe(111)薄膜。反射高能电子衍射(RHEED)原位监控生长表面,衍射图样揭示了CdTe(111)在BaF2表面由二维生长向三维生长的变化过程。XRD表征验证了外延生长的CdTe薄膜的单晶性质。结合红外透射光谱测量和理论拟合,得到了CdTe外延薄膜室温带隙宽度Eg=1.511 eV。3.采用分子束外延的方法在新解理的BaF2单晶(111)表面生长了PbTe外延薄膜,并用步进扫描傅里叶变换红外调制反射光谱(SS-FTIR-PR)和调制光致发光光谱(PL),在77 K温度下表征PbTe单晶薄膜禁带边附近的光学跃迁。发现本征缺陷能级在电子能带结构中属于共振态的性质：Te空位能级位于导带极小值(CBM)以上29.1 meV,另一个缺陷Vx的能级位于价带极大值(VBM)以下约18.1 meV处。Vx是否与Pb空位有关尚不清楚,Vx也可能由位错线核心处的缺陷引起。本实验的结果支持了Parada和Pratt的理论预期,并与G. Bauer和H. Burkhard的实验结果相符。4.拉曼散射实验明确地观察到,形成CdTe/PbTe (111)极性异质节界面能够有效阻挡PbTe层的声子发射。这种独特的声子屏蔽效应可以由CdTe/PbTe (111)极性异质界面处高浓度的二维电子气(2DEG)来解释。这为新型热电器件的设计和制作做了很好的铺垫。5.对CdTe/PbTe(111)这种新颖异质结的界面原子排布进行了高分辨率TEM表征,并研究了该极性异质界面处形成的2DEG的电输运性质。与已知的传统2DEG系不同,CdTe/PbTe(111)界面处成键方式的失配提供了一种完全不同的2DEG形成机制。我们在磁阻Rxx和霍尔磁阻Rxy中均观察到了量子振荡,并在分析量子振荡时候发现了π贝里相位的证据,这表明界面处的2D电子系统具有狄拉克电子系统的性质。我们的实验结果表明CdTe/PbTe(111)异质结可能是拓扑晶体绝缘体(TCI)中的一员。