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从结构组成来看，HgCdTe是一种闪锌矿晶体结构的赝二元合金半导体材料。在早期的文献资料中，围绕HgCdTe的力、热、光、电性能展开了大量研究 [11-13] 。本小节结合制冷红外焦平面探测器的研制工艺，重点关注HgCdTe材料的能带结构、晶体结构、热学特性及功函数。
根据固体物理能带理论，HgCdTe是一种直接带隙半导体材料，即其导带底和价带顶在K空间中处于同一位置。这种能带结构决定了HgCdTe材料吸收红外辐射能量后，其光电转换过程将通过电子由价带直接跃迁到导带实现，因而材料具有很高的量子效率。HgCdTe材料的禁带宽度是组分和温度的函数。学界广泛采用的HgCdTe禁带宽度表达式为Hansen-Schmit公式 [14] ，即
E g =−0.302+1.93 x +5.35×10 −4 T （1−2 x ）−0.81 x 2 +0.832 x 3
（2-1）
式中， E g 为禁带宽度（eV）； x 为碲镉汞材料中的Cd组分； T 为材料的温度（K）。根据式（2-1）的描述可以看出，随着组分增加，HgCdTe的禁带宽度从负值变到正值。因此，通过改变HgCdTe材料中的Cd组分即可实现对制冷红外焦平面探测器截止波长的调制，从而满足制冷红外焦平面探测器的应用需求。
值得指出的是，式（2-1）提供了一种测量HgCdTe组分的方法。通过测量HgCdTe材料的红外吸收谱，根据光谱的吸收边可以确定HgCdTe的禁带宽度，进而反推出HgCdTe材料的组分。
HgTe和CdTe材料均为闪锌矿结构，HgCdTe由二者混合而成，同样为闪锌矿结构，即由两组面心立方晶格套构而成。其中，Te原子占据一套面心立方晶格，Cd原子和Hg原子占据另一套面心立方晶格，如图2-4所示。（110）面为HgCdTe材料的解理面，是HgCdTe材料最易断裂的面。沿着（111）面将HgCdTe材料切开，晶体将总在键密度最低的Te层及Cd（Hg）层之间断开，分为两个极性不同的面，其中，一面由Hg和Cd原子组成，称为A面；另一面由Te原子组成，称为B面。碲锌镉材料与HgCdTe材料具有相同的晶体结构，且通过锌组分调整，两者能实现晶格完全匹配，因此碲锌镉是HgCdTe外延生长不可或缺的衬底材料。与HgCdTe相同，碲锌镉衬底同样分为Te面及Cd（Zn）面两种不同极性面，材料的物理、化学性质会因原子键的不同而出现差异，从而影响HgCdTe外延在碲锌镉衬底不同极性面的生长特性。HgCdTe材料晶格的这些特征将为HgCdTe外延生长及碲锌镉衬底切割定向起到重要的指导作用。
图2-4 HgCdTe材料的晶体结构
HgCdTe作为三元化合物半导体材料，其晶格常数为组分 x 的函数。如前文所述，HgCdTe组分是影响禁带宽度的最主要因素，因此，若能精确测量HgCdTe的晶格常数，则根据晶格常数与组分的对应关系即可计算出材料的组分。通过布拉格衍射定理，结合高分辨X射线衍射仪测量技术，可精确测量HgCdTe的晶格常数。通常采用Vegard定律进行估算，即
a =6.46136+0.01999 x
（2-2）
式中， a 为晶格常数； x 为碲镉汞材料中的Cd组分。然而，需要指出的是，组分受晶格常数测试精度的影响极大，提高X射线测试精度尤为重要，与通过红外吸收谱测量计算组分相比，晶格常数推算的组分误差可能较大。在实际研制工作中，还将通过HgCdTe材料的晶格常数来计算外延层的晶格失配，从而评估衬底与外延层的共格关系。这点是外延工艺选择适用衬底的直接依据。
在HgCdTe材料的热学特性中，需要重点关注的是其热膨胀系数。HgCdTe外延层、碲锌镉衬底、读出电路、器件封装载体等不同材料热膨胀系数的差异会在HgCdTe材料中形成热应力。这种应力轻则使材料内部的缺陷密度增殖，重则导致外延层开裂。因此，从制冷红外焦平面探测器性能及可靠性角度出发，HgCdTe材料的热膨胀系数对后续器件加工和封装、测试都十分重要。从报道的数据来看 [15] ，HgCdTe材料的热膨胀系数在（4.2～4.7）×10 -6 K -1 的范围内。然而，HgCdTe制冷红外焦平面探测器通常工作在77～110K，因此精确测量低温时热膨胀产生的漂移是值得关注的。
根据固体物理理论，功函数是指电子由费米能级逸出到真空能级所需的最小能量。半导体材料的功函数特性决定了器件的欧姆接触金属的选择，以及半导体异质结内电子的输运特性。n型材料形成欧姆接触的条件是金属功函数小于半导体功函数。对于n型HgCdTe材料而言，金属In的功函数小于其功函数，因此理论上欧姆接触层制备在n型HgCdTe材料上的器件可采用In作欧姆接触层。p型材料形成欧姆接触的条件是金属功函数大于半导体功函数，由于p型材料的费米能级靠近价带，半导体功函数大幅度增加，因此需要采用功函数更大的金属作欧姆接触层。对于p型HgCdTe材料，当组分低于0.4时，金属Au可作为欧姆接触层；当组分越来越高时，器件的欧姆接触层制作成为一大难点，需对材料结构及掺杂条件进行优化。