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氧化鋅晶體有三種結構：六邊纖鋅礦結構、立方閃鋅礦結構，以及比較罕見的氯化鈉式八面體結構。纖鋅礦結構在三者中穩定性，因而最常見。立方閃鋅礦結構可由逐漸在表面生成氧化鋅的方式獲得。在兩種晶體中，每個鋅或氧原子都與相鄰原子組成以其為中心的正四面體結構。 八面體結構則只曾在100億帕斯卡的高壓條件下被觀察到。
纖鋅礦結構、閃鋅礦結構有中心對稱性，但都沒有軸對稱性。晶體的對稱性質使得纖鋅礦結構具有壓電效應和熱電效應，閃鋅礦結構具有壓電效應。
纖鋅礦結構的點群為6mm（國際符號表示），空間群是P63mc。晶格常量中，a = 3.25 埃，c = 5.2 埃；c/a比率約為1.60，接近1.633的理想六邊形比例。在半導體材料中，鋅、氧多以離子鍵結合，是其壓電性高的原因之一。
氧化鋅的硬度約為4.5，是一種相對較軟的材料。氧化鋅的彈性常數比氮化鎵等III-V族族半導體材料要小。氧化鋅的熱穩定性和熱傳導性較好，而且沸點高，熱膨脹系數低，在陶瓷材料領域有用武之地。
在各種具有四面體結構的半導體材料中，氧化鋅有著的壓電張量。該特性使得氧化鋅成為機械電耦合重要的材料之一。
在室溫下，氧化鋅的能帶隙約為3.3 eV，因此，純凈的氧化鋅是無色透明的。高能帶隙為氧化鋅帶來擊穿電壓高、維持電場能力強、電子噪聲小、可承受功率高等優點。氧化鋅混入一定比例的氧化鎂或氧化鎘，會使能帶隙在3-4 eV之間變化。
即使沒有摻入任何其它物質，氧化鋅具有N型半導體的特征。N型半導體特征曾被認為與化合物原子的非整比性有關，而對純凈氧化鋅的研究則成為一個反例。使用鋁、鎵、銦等第III主族元素或氯、碘等鹵素可以調節其N型半導體性能。而要將氧化鋅制成P型半導體則存在一定的難度?？捎玫奶砑觿┌ㄤ?、鈉、鉀等堿金屬元素，氮、磷、砷等第V主族元素，銅、銀等金屬，但都需要在特殊條件下才具有效用。
