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ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族宽禁带直接带隙化合物半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV。可以广泛应用于紫外、绿光、蓝光等多种发光器件以及光电显示、光电转化、光电探测、场效应管、压电器件等诸多领域。理论计算各种稀磁半导体材料居里温度，表明在宽禁带氧化物半导体ZnO中掺入过渡金属离子，可能制备出具有室温铁磁性的稀磁半导体材料。目前，对过度金属Fe、Co、Ni、Mn掺杂ZnO薄膜实验制备的成功案例已经数不胜数，然而对这种材料的磁性起源机理还存在着很大争议。本文采用基于密度泛理论(DFT)的第一性原理方法，用体系总能量是否相等作为判据，研究不同Co掺杂ZnO模型的几何结构关系，尤其是Co原子对位置与总能量的关系，发现Co掺杂ZnO几何结构模型中Co原子对位置与总能量存在一定规律，可以简化仿真计算的模型数量，并设计仿真实验进行理论验证。对Co掺杂ZnO模型、包含氧空位缺陷的Co掺杂ZnO模型和Co与C共掺杂ZnO模型进行研究，对模型总能量、电子结构和磁学性质进行系统分析。从掺杂浓度角度研究了不同Co杂质浓度对ZnO电子结构和磁性能的影响。通过对比不含氧空位和包含氧空位缺陷的Co掺杂ZnO模型的电子结构讨论分析了Co掺杂ZnO的磁性起源机理。通过本文的研究，首次对规则晶体的仿真建模给出了一个比较科学合理的建模方法。对比Co掺杂ZnO模型和包含氧空位缺陷的Co掺杂ZnO模型发现氧空位对Co掺杂ZnO材料的磁性能具有重要影响。理论分析预测Co与C共掺杂ZnO模型的材料具有超过室温的居里温度。