随着电子信息领域卓越的进步,作为发展基础的半导体材料一直是人们关注研究的焦点。在多元复合半导体材料中,ZnxMg1-xO材料的禁带宽度可以在3.3到7.7 eV的范围内实现连续可调。同时ZnO中Zn²⁺的离子半径为0.060 nm,MgO中Mg²⁺的离子半径为0.057 nm,两者差距非常小,因此在彼此离子替换时只会出现极小的晶格畸变。这些特性对于光电器件的研究具有广阔前景与重要意义。本文使用溶胶凝胶法与水热法对Mg含量在_0.4～_0.6范围内的ZnxMg1-xO薄膜进行结构特性、光学特性与电学特性的详细研究,同时使用第一性原理对ZnxMg1-xO薄膜进行理论计算,讨论其半导体特性,同时为实验结果与结论提供理论基础。主要内容与结论如下:首先,对溶胶凝胶法制备的Zn_0.5Mg_0.5O、Zn_0.4Mg_0.6O与Zn_0.6Mg_0.4O薄膜的结构、光学与电学特性进行测试与讨论。由XRD分析可知,各组数据均出现ZnO与MgO衍射峰,且峰强都随退火温度升高而逐渐增强,结晶性变好,缺陷变少,晶粒尺寸都增大。各组数据的薄膜透光率均较好,都具有良好透光性,并整体随退火温度升高缓慢下降。薄膜的禁带宽度整体都随着退火温度的升高而增大。同时对Zn_0.5Mg_0.5O薄膜中退火温度为400～600℃样品进行电学特性测试,实验发现薄膜具有明显的双极性的开关特性,但是并无循环特性。同时为了更直观的对比不同的薄膜成分对其结构与光学特性的影响,将Zn_0.5Mg_0.5O、Zn_0.4Mg_0.6O与Zn_0.6Mg_0.4O这三组数据中的700与900℃的样品进行横向对比。XRD分析可知,随Zn含量的增大,ZnO衍射峰峰强不断增强,而MgO峰强逐渐减弱。透光率随Zn含量的增加而逐渐增大,但随温度升高透光率整体下降。而禁带宽度的值随着Zn含量的增加而逐渐减小,原因是MgO的禁带宽度比ZnO大,因此Mg含量增加会使禁带宽度变大。其次,对水热法制备的Zn_0.5Mg_0.5O薄膜的结构、光学与电学特性进行测试与讨论。先将水热温度定为150℃,焙烧温度定在500℃,并选取不同的pH值作为第一个变化的实验参数,通过XRD分析发现该组实验并未出现立方相MgO衍射峰,ZnO随pH值升高结晶性逐渐变差。各pH值的透光率整体相差不大,稍有增大趋势,禁带宽度在pH=11时最大。测试其电学特性发现薄膜均具有双极性开关特性,同时具有很高的开关比。然后将pH值定在10,焙烧温度定在500℃,并选取水热温度从150℃到250℃作为该组的实验变量,通过XRD分析发现水热温度为150℃与175℃时,薄膜中仍未出现立方相MgO的衍射峰,直到200℃时才出现微弱MgO衍射峰。150℃时透光率最高,其余相差不大。禁带宽度由于MgO的出现随温度升高而不断增大。测试其电学特性发现薄膜均具有双极性开关特性与整流现象,说明具有较高的开关比。最后以pH=10,水热温度定在200℃,并选择焙烧温度从500℃到1000℃作为该组的实验变量,从XRD图谱分析中可以看出随着焙烧温度的升高,MgO衍射峰的强度明显增强,ZnO衍射峰变化不大,说明通过优化实验条件,终于成功制备出立方相MgO。薄膜的透光率随焙烧温度的升高逐渐减小,而禁带宽度却明显增大。测试其电学特性时,其开关比随焙烧温度升高而增大,证明薄膜具有较大的开关比,且误差较小,说明器件具有稳定性。最后,对相关的超晶胞模型进行第一性原理的计算与分析。通过计算结果发现,ZnO、MgO、六方相Zn_0.5Mg_0.5O与立方相的Zn_0.5Mg_0.5O均表现出直接带隙半导体特征,且带隙的大小变化均符合之前的实验结果。本章还对各超晶胞的总态密度与分态密度进行分析,分析发现随着ZnxMg1-xO（0.4<x<0.6）中Mg成分的增多,Mg-3s与Mg-2p贡献的能量逐渐增多,但是主要的能量仍然是由Zn-3d提供。另外,混合相ZnxMg1-xO（0.4≤x≤0.6）、六方相 Zn_0.5Mg1.5O（Zn8Mg8O16）与立方相的 Zn_0.5Mg_0.5O（Zn8Mg8O16）并无大的变化,均主要是由Zn-3d、O-2s和O-2p电子态贡献,Mg-3s与Mg-2p电子态贡献的能量较少。