ZnO作为拥有巨大发展潜力的新型光电材料,不论在材料生长、掺杂改性还是器件制备等方面都得到了诸多关注。近些年来,重稀土元素钇（Y）在ZnO掺杂改性方面发挥着重要作用,其对ZnO的影响往往通过与锌间隙（Zn_i）等本征缺陷的相互作用实现。因此,钇与锌间隙在ZnO中的相互作用机制值得深入探索。另外,在红外探测领域,ZnO强大的能带工程及相比于III–V材料的优势使其成为制备中红外甚至近红外区域量子级联探测器的理想材料之一。本文针对上述情况,分别对钇和（或）锌间隙掺杂ZnO体系以及ZnO/MgZnO量子级联探测器展开了研究,具体如下:1.基于第一性原理平面波超软赝势法对本征ZnO、Y掺杂ZnO（YZO）、Zn_i掺杂ZnO（ZIO）和Y-Zn_i共掺杂ZnO（YZIO）体系进行了研究。所有的计算均在CASTEP模块中进行。首先,通过计算分析不同Y组分ZnO体系的晶体结构,证明了YZO模型的合理性;其次,将Zn_i置于不同间隙位置,对ZIO体系的晶体结构和掺杂稳定性进行研究,发现Zn_i最易占据的间隙位置是由Zn原子构成的八面体(oct_Zn)中心;通过对比Zn_i在ZIO和YZIO体系的形成能,发现Y掺入ZnO后可以减小其周围Zn_i的形成能;最后,选取oct_Zn中心作为Zn_i的位置,建立了ZIO(Zn_1.0625O)、YZO(Zn_0.9375Y_0.0625O)和YZIO(ZnY_0.0625O和Zn_0.9375Y_0.125O)四个掺杂ZnO体系,并研究了体系的电子结构和光学性质。结果表明:YZIO体系的带隙比ZnO的大,并且因Y含量的上升而增大。在YZIO体系的禁带中央附近存在着一个杂质能级E_r,其会增强YZIO体系在黄光区域的深能级发射峰。相比于ZnO体系,YZIO体系在几乎所有的可见和紫外光区域的光吸收均有所增加。2.设计了ZnO/Mg_0.3Zn_0.7O量子级联探测器,该探测器有30个周期,每个周期均包含一个ZnO量子阱作为吸收光子的有源区以及一个“声子阶梯”来完成电子的输运。构建了量子级联探测器的理论仿真模型,以此为基础研究了它的温度特性:首先自洽求解了Schr?dinger-Poisson方程来获得量子级联探测器的导带底能量、子带能级和波函数。模型中加入了温度对带隙的影响以及导带的非抛物性这两个因素。在不同外加偏压和温度下探测器的费米能级由电中性条件得到;其次,通过仿真有无光照条件下电子从束缚态到束缚态的跃迁过程,研究了量子级联探测器暗电流、R₀A和光响应度特性;最后,考虑约翰逊噪声和黑体背景辐射产生的光子噪声的影响,计算了探测率特性。结果显示,当温度由50 K上升至300 K时,暗电流增大,R₀A减小,探测率下降。但是,探测器的峰值响应波长保持在5.66μm而未发生红移,峰值响应度仅下降了14%。这显示了本文设计的ZnO/Mg_0.3Zn_0.7O量子级联探测器在光响应度方面具有较好的温度稳定性。论文工作可以为ZnO基材料和探测器的制备提供一定的理论参考。