具有优越光电性能的ZnO是第三代宽禁带半导体的核心基础材料之一，在短波长光电子器件和自旋电子学器件中具有十分巨大的应用前景。作为导电性可控的衬底，硅片价格低廉、结晶性好、尺寸大，并且硅基光电子集成工艺非常成熟，因此Si基ZnO外延薄膜的研究具有重要意义。然而，硅表面极易氧化和硅化而形成非晶的SiOx或硅化物，使高质量ZnO薄膜的生长非常困难。本论文针对这些问题，利用射频等离子体辅助分子束外延法探索了如何通过低温界面控制在Si上制备高质量的ZnO薄膜的工艺技术，系统研究了界面结构的演化及其对薄膜性能的影响。　　 通过研究Mg在Si(111)上的沉积行为，在低温(0～-30℃)下获得了锐利的Mg/Si界面。采用低温下生长单晶Mg膜、氧化和生长MgO缓冲层的工艺，获得了MgO(111)/Mg(0001)/Si(111)双异质结，克服了Si的氧化与硅化问题，为ZnO提供了优异的成核模板，并外延生长了无裂纹的ZnO薄膜。反射式高能电子衍射、X射线衍射、透射电镜和光致发光谱测试结果证明通过低温界面控制生长的ZnO单晶薄膜具有优异的晶体质量，较小的应变和优越的光学性能。利用ZnO双温缓冲层法，进一步提高了ZnO外延薄膜的晶体质量。　　 利用透射电镜、能量散射谱和电子能量损失谱研究发现MgO/Mg/Si结构在升温过程中会依次演变成MgO/Mg/Mg2Si/Si，MgO/Mg2Si/Si和MgO/a—MgOx/Si。在室温～100℃范围利用Mg膜与Si的固相化学反应外延生长了3.5nm厚的Mg2Si单晶薄膜，证明了应变诱导的Mg2Si(110)//Si(111)的奇异外延关系在能量上更有利。发现Mg2Si单晶薄膜在100-300℃为热力学稳定，450℃左右时发生分解。证明了a-MgOx源于Mg2Si分解后非晶硅的再结晶和Mg原子的部分氧化。　　 采用背散射配置对不同偏振条件下硅基ZnO薄膜的喇曼光谱进行了系统的研究，发现不采用偏振时获得的Si2TA与ZnOE2-high信号的强度相当。通过ZnOE2-hjgh振动模的频移研究了界面结构对薄膜性能的影响。发现Mg膜越薄，ZnO薄膜的应变越小，结晶性越好。并深入研究了相关机制，提出了MgO缓冲应变模型和a-MgOx引起的晶格扭曲模型，并通过透射电镜对晶格扭曲区域的观测证实了这两个模型。