对于微电子学和光电子学的应用来说，硅(Si)是一种十分重要的材料。自从发现多孔硅(Porous silicon，PS)的室温可见光发射以来，硅基半导体材料的发光性质，例如硅量子点、硅纳米线(Si nanowires，SiNWs)和硅基纳米复合体等，已经获得了广泛关注和研究。相对于体材料来说，纳米结构材料一个与众不同的特点是由于尺寸和(或)维度的减少而导致的量子限制(Quantum Confinement，QC)效应。近来，人们对低维硅纳米结构和硅基纳米复合体的QC性质及其潜在的应用越来越感兴趣。本论文紧跟国际纳米材料的研究前沿，对硅基纳米材料研究中的几个热点问题，例如制备、生长机理和发光性质，做了部分研究工作，取得了一些有意义的结果，获得的主要成果有： 1、使用电化学腐蚀方法，制备了Si纳米晶粒尺寸小于3nm的PS样品，并从新鲜的和退火的PS样品中获得了一个强的双峰(417和437nm)结构的光致发光(Photoluminescence，PL)谱。这个蓝光PL在空气中很稳定，并且峰位对于Si晶粒的尺寸没有依赖性。光谱分析显示这个双峰结构的蓝光PL与小尺寸Si纳米晶粒的存在有关，但是不能用QC效应来解释。计算了由过剩硅原子形成的含有空位的Si纳米晶粒的电子能级，获得的态密度的特征与实验中观察到的双峰结构的蓝光PL十分吻合。 2、对Fe+注入的硅片进行了阳极氧化，获得了含有β-FeSi2纳米晶粒的多孔结构。从这些多孔结构中获得了一系列波长范围在610～670nm的强的PL峰。当样品存放在空气中时，PL峰的位置保持不变，但是它们的强度会随着存放时间的增加而增强，并在三个月后达到饱和。光谱分析显示这些有β-FeSi2纳米晶粒的多孔结构样品中的PL峰起源于Si纳米晶粒的QC效应。通过一种硅烷偶联剂，把C60分子化学偶联到多孔结构上形成一种C60/FeSi2/Si的纳米复合体。在这个纳米复合体中，观察到稳定的波长钉扎在570nm的PL峰。来自PL、PLE、Raman和XRD谱的实验结果清楚地显示了这个钉扎的PL起源于C60相关的缺陷态，但是光生载流子产生在阳极氧化过程中形成的β-FeSi2纳米晶粒中。使用直接和间接带隙的混合能带模型，计算了被限制在Si/FeSi2和β-FeSi2/C60纳米复合体中的电子和空穴的能级，获得的结果和实验很好地吻合。这个工作打开了一条在纳米环境中寻找最佳发光性质的可行途径。 3、通过蒸发摩尔比为1：1的Fe和Si粉末，在温度高于950℃和Fe供应充足的硅衬底位置上观察到α-FeSi2纳米线的形成，在温度低于500℃和蒸汽中Fe原子远远少于Si原子的硅衬底位置上观察到SiNWs的形成。这两种纳米线的直径在40～80nm范围，长度在3～10μm范围。使用场发射扫描电镜、XRD谱和EDX谱研究了它们的形貌、晶体结构和组分，研究结果表明，这两种纳米线的生长机制可用Fe催化气—液—固(vapor—liquid—solid，VLS)生长模型进行解释。实验中获得的SiNWs和α-FeSi2纳米线有望在纳米光电器件和纳米热电器件上有所应用。 4、使用Fe作为催化剂，通过VLS生长方法在高温下制备出了直径在5～15nm、长度在～μm的SiNWs。Ranlan峰位≤511cm-1的刚制备好的SiNWs显示了一个强的745nm处的PL峰。PL峰位和SiNWs的直径没有直接的依赖关系，但是强度随着SiNWs直径的减小而增强。当刚制备好的SiNWs被逐渐氧化时，745nmPL峰的强度会逐渐减弱，同时出现一个620nm处的新的PL峰。当SiNWs被完全氧化时，745nm的PL峰会消失，620nm的PL峰的强度达到最强。光谱分析和微结构观察显示745nm的PL起源于SiNWs核心和表面硅氧化层之间的界面缺陷态上的光学跃迁，但是光生载流子产生于具有QC效应的SiNWs核心；而620nm的PL的起源跟SiNWs中的Si纳米晶体核心无关，它起源于SiNWs表面的非晶硅氧化物中的NBOHCs上的光学跃迁。 5、使用氧化物辅助生长(Oxide—assisted Growth，OAG)方法，制备出了链状硅纳米线(Chainlike—SiNWs)、SiO2纳米螺旋带(SiO2 helical nanobelts)和纳米弹簧(siO2nanosprings)。使用热蒸发方法，制备出了具有晶体SiO2包裹层的硅纳米管(Sinanotubes，SiNTs)。这几种硅基纳米材料的结构十分新颖，研究了它们的生长机理和发光性质。这些结构新颖的硅基纳米材料有望在纳米器件和纳米技术上有所应用。