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作为一种直接带隙结构的Ⅱ-Ⅵ族新型宽禁带半导体材料，室温下ZnO的禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。另外，ZnO还具有原料丰富、成本低廉、自然环保等优点，使其在紫外光电领域具有巨大的应用前景。低维ZnO纳米材料因其独特形貌结构和优异特性，引起了全球科研人员的极大关注。虽然对ZnO纳米材料的研究已经开展了许多，并取得了可喜的成果，但于不同纳米结构ZnO的可控合成、掺杂调控及器件制备等方面仍存在许多困惑。
本文工作利用水热法合成制备出不同形貌的ZnO纳米结构材料，包括一维梭形ZnO纳米材料和一维ZnO纳米棒阵列材料，以及用水热法合成Mg掺杂ZnO基纳米阵列材料。同时，对材料的性能进行了各种表征测试分析。主要研究结果概述如下：
(1)利用水热法在一定反应条件下所制备的一维ZnO纳米梭材料，形貌高度一致、尺寸十分均匀，且工艺稳定可靠，可批量重复性合成制备。通过对一维ZnO纳米梭的水热反应机理及形核长大机制分析得出，ZnO纳米梭的形成是由于随反应持续进行，溶液中PH升高，使ZnO端部部分分解导致的结果。
(2)采取衬底悬浮放置的方式，合成制备得到一维ZnO纳米阵列材料。经过工艺优化和研究分析，最终得到最优实验参数包括：1)衬底放置采用悬浮放置，并保持长有籽晶层面朝下与溶液接触的方式；2)溶液浓度位于0.025mol/L附近；3)反应温度范围介于90℃到95℃之间；4)反应时间范围介于12h到24h之间；5)籽晶层制备方式采用脉冲激光沉积(PLD)法制备。综合上述最优工艺参数所合成制备的一维ZnO纳米阵列材料结晶性能良好、形貌规则、尺寸均匀，并具有良好的c轴择优取向特性。
(3)利用水热法在事先经PLD法制备的ZnO籽晶层低阻Si衬底上，于特定条件下合成出不同Mg掺杂含量的Zn1-xMgxO纳米棒阵列。在准平衡态的生长环境条件下，由于热动力学因素的限制，所能得到的最高Mg掺杂含量为0.04。测试分析结果显示，水热法合成制备的Zn1-xMgxO纳米棒阵列尺寸均匀、取向良好、端面规则，为结晶性能良好的单晶材料，并具有c轴择优取向。近带边紫外发射峰为主要发光峰，且峰位随Mg掺杂含量由0增高到0.04时，室温下带边发射峰位也由378nm偏移到373nm。同时Mg掺杂含量0.04的样品中，于470nm附近出现一个其他样品所不存在的微弱蓝绿发射峰。该峰的出现可能由Mg原子处在Zn间隙位导致能级由浅施主态向深受主态变化引起。由Zn1-xMgxO纳米棒阵列基光探测器的Ⅰ-Ⅴ特性曲线测试发现，Mg掺杂含量由x=0增高到x=0.04时，电流的开关比由3升高为103，这一显著的光探测行为可能归因于高Mg掺杂含量的Zn1-xMgxO纳米棒阵列样品结构中所存在的上述不同缺陷导致，至于具体机理还需进一步研究。