氧化锌（ZnO）是一种应用广泛的直接带隙、宽禁带半导体材料,以蓝宝石（α-Al₂O₃）为基片制得的ZnO薄膜在短波光电器件如发光二极管、激光器件等领域有重要的应用前景。虽然实验上采用激光分子束外延技术（PLD-MBE）,在α-Al₂O₃（0001）上已制得了高质量的ZnO薄膜,然而对其生长机理缺乏理论研究。本文在分析和总结薄膜生长模拟方法与模型基础上,选择了基于第一原理的计算方法,运用CASTEP总能量计算软件包,在周期边界条件下的κ空间中,针对复杂氧化物薄膜生长过程模拟异常困难的问题,建立了ZnO在α-Al₂O₃（0001）表面吸附生长的系列模型。采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势,应用了局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）方法,对α-Al₂O₃（0001）表面及其对ZnO的吸附生长进行了计算机模拟研究。通过研究α-Al₂O₃（0001）表面原子与电子结构、ZnO表面吸附位置与成键特性、不同温度下ZnO生长过程、Al₂O₃/ZnO界面结构以及薄膜生长中的缺陷等问题,详细论述了ZnO在α-Al₂O₃（0001）表面吸附机理、表面O、Al空位缺陷对吸附生长的影响、表面界面结构与ZnO薄膜生长取向关系、温度对表面界面原子行为的影响特征、扩散对ZnO薄膜生长模式的影响规律等。所得到的主要结论同相关文献报导的实验现象一致。 通过理论计算,证实了α-Al₂O₃（0001）最表层终止原子为单层Al的表面结构最稳定,表面弛豫主要发生在最外表面的Al-O层,Al向内弛豫距离为0.079～0.082nm。弛豫后电子将有更大的几率定域在最表层O原子的周围,从而出现了新的分裂能级,所产生的大部分电子态为O的电子态,主要来自于O的2p轨道。弛豫后表面局部区域电子密度增大,能增强对阳离子以及带正电荷粒子的吸附作用。 ZnO在α-Al₂O₃（0001）表面发生了强烈的化学吸附,Zn在表面较稳定的化学吸附位置正好偏离表面O六角对称约30°。ZnO的O^2-与表面上的Al³⁺所形成的化学键具有强离子键特征;而其Zn²⁺同基片表面O^2-形成的化学键表现为明显的共价键特征,主要来自于Zn 4s与O 2p的杂化带,以及部分Zn 3d与O2p的杂化带。从吸附前后态密度变化、吸附能量（424.5±38.6 kJ/mol）和吸附位置来看,在这些偏离基片表面O位置30°处,有利于Zn 4s轨道与表面相邻的3个O原子2p轨道产生sp³杂化,形成四面体配位,有利于ZnO薄膜的铅锌矿结构形成。这些吸附位置是ZnO薄膜最优生长点。 通过ZnO在表面吸附与生长的动力学模拟与表面界面吸附能的计算,表明