ZnO là tinh thể được hình thành từ nguyên tố nhóm IIB (Zn) và nguyên tố nhóm VIA (O).Ở điều kiện thường,cấu trúc của ZnO tồn tại ở dạng Haxagonal Wurtzite, ngoài ra trong điều kiện đặc biệt ZnO có thể tồn tại ở các cấu trúc khác như Zinc Blend (hay còn gọi là cấu trúc lập phương giả kẽm), cấu trúc Rocksalt (hay còn gọi là cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl). Trong đó, haxagonal wurtzite có tính chất nhiệt động lực ổn định nhất trong điều kiện nhiệt độ và áp suất môi trường xung quanh, zinc blende chỉ kết tinh được trên đế có cấu trúc lập phương và dạng rocksalt chỉ tồn tại ở áp suất cao.
Cấu trúc của ZnO tồn tại ở dạng Wurtzite (Hình 1.13) gồm hai mạng lục giác xếp chặt (chiếm 74,05% không gian, và 25,95% khoảng trống) một mạng của cation Zn2+ và một mạng của anion O2- lồng vào nhau một khoảng cách 3/8chiều cao. Mỗi ô cơ sở có 02 phân tử ZnO trong đó có 02 nguyên tử Zn nằm ở vị trí (0,0,0); (1/3,1/3,1/3) và 02 nguyên tử oxy nằm ở vị trí (0,0,u); (1/3,1/3,1/3+u), với u=3/8. Mỗi nguyên tử Zn liên kết với 04 nguyên tử O
nằm trên 04 đỉnh của một tứ diện gần đều. Khoảng cách từ Zn đến 01 trong 04 nguyên tử bằng uc, còn 03 khoảng cách khác bằng công thức:
1[ 3 + 2( − [ 3 + 2( − 3 Hằng = 5.1948 trong hệ lục
số mạng trong cấu trúc được đánh giá vào cỡ : = 3.24256 Å ,
Å . Khoảng cách giữa các mặt phẳng mạng có chỉ số Miller (hkl) giác wurtzite là:
ℎ
Hình 1.12. Cấu trúc dạng Wurtzite của ZnO[27].
Cấu trúc mạng lập phương đơn giản kiểu NaCl của ZnO (Hình 1.14a), cấu trúc này xuất hiện ở điều kiện áp suất cao. Mạng tinh thể của ZnO này gồm hai phân mạng lập phượng tâm mặt của cation Zn2+ và anion O2- lòng
Cấu trúc lập phương giả kẽm Zinc Blend (Hình 1.14b). Cấu trúc này chỉ xuất hiện ở nhiệt độ cao. Nó gồm hai phân mạng lập phương tâm diện(fcc)
xuyên vào nhau ¼ đường chéo ô mạng, mỗi ô cơ sở chứa bốn phân tử ZnO với vị trí các nguyên tử như sau: 04 nguyên tử Zn: (0,0,0), (0,1/2,1/2), (1/2,0,1/2), (1/2,1/2,0); 04 nguyên tử O là: (1/4,1/4,1/4), (1/4,3/4,1/4), (3/4,1/4,3/4), (3/4,3/4,3/4). Trong mỗi cấu trúc này, một nguyên tử bất kì được bao phủ bởi bốn nguyên tử khác loại. Mỗi nguyên tử O được bao phủ bởi bốn nguyên tử Zn nằm ở đỉnh của tứ diện có khoảng cách √3⁄2, với a là thông số mạng lập phương. Mỗi phân tử ZnO được bao phủ bởi 12 nguyên tử cùng loại, chúng là lân cận bậc 2, nằm tại khoảng cách a√2[28].
Hình 1.13. a) Cấu trúc mạng tinh thể kiểu NaCl; b) Cấu trúc mạng lập phương kiểu giả kẽm[27]