硅纳米晶体具有独特的电子和光学性质,已逐渐成为研究热点之一,在微电子、光电子、光伏、热电、生物影像等领域具有广阔的应用前景。硅纳米晶体的电子光学性质受到量子限域效应和表面化学的影响。量子限域效应的作用已经在很多理论和实验工作中得到验证。而表面化学的作用与纳米晶体中的杂质密切相关。在硅纳米晶体的制备和表面改性等实验工作中,常常会引入卤素杂质,它们对纳米晶体的性质影响明显。所以利用基于第一性原理的密度泛函计算方法,从理论上研究卤素杂质引入到硅纳米晶体之后材料电子光学性质的改变,进一步理解量子限域效应和表面化学对硅纳米晶体的影响就变得很有意义。本论文基于密度泛函理论,研究了含卤素杂质的硅纳米晶体的电子光学性质,并取得了如下一系列的创新结果。(1)研究了在硅纳米晶体不同位置引入不同含量的氯原子之后,硅纳米晶体几何结构、形成能、能带分布、激发能、发射能、复合速率等电子光学性质的变化。通过比较纳米晶体的形成能发现,硅纳米晶体中引入一个氯原子时,氯原子更倾向于位于晶体表面成单键态而很难进入体内。在硅纳米晶的合成过程中,若氯的化学势很低,则更易得到完全氢钝化的硅纳米晶体；若氯的化学势较高则氢和氯共钝化的硅纳米晶体更易形成。高钝化量的硅纳米晶体表面结构畸变明显,晶体结构不稳定。随着氯钝化量的增加,硅纳米晶体的激发能和发射能均明显减小。含有氯杂质的硅纳米晶体的带边辐射复合速率比完全氢钝化的硅纳米晶体更高。(2)比较研究量子限域效应和表面化学在含氟杂质的硅纳米晶体中的作用。发现一定尺寸的硅纳米晶体,随着氟杂质钝化量的增加,表面化学的作用增强,导致晶体几何结构畸变增加,能带分布改变,激发能和发射能下降,复合速率先增加后减小。对于小尺寸的硅纳米晶体,量子限域效应的作用占主导。对于大尺寸的硅纳米晶体,高钝化量下(>50%)表面化学却可以超过量子限域效应决定硅纳米晶体电子光学性质。不同尺寸的硅纳米晶体,随着氟杂质钝化量的增加,复合速率均先增加后减小。(3)研究了不同的卤素杂质引入到硅纳米晶体后,纳米晶体电子光学性质的变化,包括几何结构、能带分布、激发能、发射能、复合速率等,得到以下结论：较低卤素杂质钝化量下,硅纳米晶体的晶体结构变化较小；钝化量增加结构畸变越来越明显,并且引入的杂质原子半径增加(电负性减小),纳米晶体结构畸变大,并导致计算难以收敛。纳米晶体形成能随着钝化量的增加而减小,不同电负性的原子对形成能的影响不同。硅纳米晶体的能级分布和能量带隙均明显受钝化量和元素种类的影响：随着钝化量的增加或者杂质原子电负性的降低,不同硅纳米晶体在基态和激发态下的HOMO, LUMO和HOMO-LUMO带隙均有不同程度的降低,激发态下带边态也随之增多。适量的卤素杂质引入到硅纳米晶体中均能不同程度提高纳米晶体的复合速率,但是过高钝化量却降低复合速率。