氧化锌（ZnO）是一种典型的直接宽禁带半导体材料,其具有3.37 eV的大禁带宽度,激子结合能高达60 meV,是目前最具应用潜力的氧化物半导体之一。室温下三维ZnO的最稳定结构为六方纤锌矿结构,沿c轴方向上具有优良的压电性质。这些特性使得ZnO在紫外发光器件、高温微电子器件、光电子器件、太阳能电池和压电器件等领域显示出了广泛而优越的应用前景。另外,2013年二维ZnO（g-ZnO）的成功制备推动了ZnO在低维领域的发展,为其在电子器件应用中的微型化、集成化和多功能化提供了基础。为了获得材料中更新颖、更优越的物理性质,构建异质结是有效的研究方法之一,因为通常来说,异质结会表现出比组成个体更优异的性质和应用价值。目前针对ZnO基异质结的研究囊括了三维异质结和二维异质结领域,越来越多的新的物理性质逐渐被人们发现。本论文从基于密度泛函理论框架下的第一性原理出发,理论上研究了三维ZnO基异质结和二维g-ZnO基异质结在应变和外电场下的局域极化、电子能带结构和光学性质等,为ZnO基半导体光电子器件的设计提供了理论基础。主要研究内容及成果如下:首先计算了三维纤锌矿ZnO和立方相PbTiO₃的晶格常数、杂化交换关联参数AEXX。获得ZnO和PbTiO₃的晶格常数分别为a=3.278?,c=5.330?和a=3.973?,并发现在杂化参数AEXX=0.39时,ZnO和PbTiO₃的带隙分别为3.40eV和3.38 eV,此结果与它们的实验值非常接近,这意味着在对两者进行准确的电子性质相关计算时可选用AEXX=0.39。接着研究了ZnO（112 0）和PbTiO₃（001）构成的异质结的结构、局域极化和带偏等性质。分析了不同ZnO（11^-2 0）层数和不同应变下对PbTiO₃（001）衬底中局域极化及对ZnO（11^-2 0）/PbTiO₃（001）异质结带偏的影响。结果表明:随着ZnO（11^-2 0）层数的增加,衬底中的局域极化和ZnO（11^-2 0）/PbTiO₃（001）异质结的带偏均趋于稳定值,PbO层中的极化强度普遍大于TiO₂层中的极化强度。同时研究了应变对异质结性质的影响,发现应变对PbTiO₃（001）衬底中的局域极化和ZnO（11^-2 0）/PbTiO₃（001）异质结的带偏具有明显的调控作用,随着应变的施加,局域极化的强度得到明显提高,带偏则随着应变的增加先减小后增大。该工作为新型极化材料提供了理论基础。然后计算了二维g-ZnO和2H-TiS₂单胞的晶格常数、能带结构和光学性质。构建了g-ZnO/2H-TiS₂范德瓦尔斯异质结,对该二维异质结的结构性质、局域极化、光学性质和能带结构进行了计算和分析,并探讨了应变和电场对g-ZnO/2H-TiS₂异质结相关物理性质的影响。发现g-ZnO/2H-TiS₂异质结中的g-ZnO层内产生了由2H-TiS₂诱导的局域面外极化,该局域极化可通过施加应变在9.929μC/cm到33.271μC/cm的范围内进行调节。该异质结具有II型能带排列类型和0.05 eV的间接带隙,在应变下能带类型保持稳定,但带隙值大小可以通过应变进行调节,进而实现g-ZnO/2H-TiS₂异质结从半导体到导体的转变。g-ZnO/2H-TiS₂异质结在可见光和紫外区域都显示出良好的光吸收特性。在压缩应变下异质结在可见光区域的吸收峰呈红移,在张应变下则呈现蓝移。外电场对g-ZnO/2H-TiS₂异质结中的局域面外极化和能带结构也同样具有调节作用。在施加正向电场时,局域面外极化和带隙均显著增加。而在负电场下,局域面外极化和带隙都明显减小。该研究可为g-ZnO/2H-TiS₂异质结传感器、铁电器件和光电器件的开发和应用提供理论基础。该论文有图21个,表4个,参考文献117篇。