硅量子点由于具有独特的光学性能、与微电子工艺兼容、生物相容性好以及表面活性高,在生物成像、光电器件、纳米催化等很多领域有着巨大的应用潜力,从而成为目前国际硅材料研究的前沿领域。但是,目前硅量子点也存在一些亟待解决的问题,如理论研究不足、水溶性差、应用研究相对滞后等。本论文研究了硅量子点的冷等离子体制备、表面改性、性能以及光探测器、发光二极管等器件的构建,通过第一性原理计算,探索了硅量子点中的孪晶对其的电子结构和光学性能的影响。其主要创新性结果如下：(1)运用密度泛函理论研究了孪晶结构的硅量子点,包括单孪晶和五重孪晶。结果表明,孪晶结构的硅量子点从热力学角度看是可以形成的,且孪晶结构可以增强硅量子点的稳定性。但是,孪晶的存在使得硅量子点的量子限域效应和光学吸收减弱。目前的研究结果有助于更好地理解关于孪晶结构的硅量子点的实验以及对硅量子点的结构进行调控。(2)提供了一种简易的制备水溶性硅量子点的方法。该方法基于硅量子点氢化硅烷化表面修饰,并通过双亲性聚合物F127的自组装作用,将烷基钝化的硅量子点包覆在胶团中。最终得到的硅量子点胶团在水中具有非常好的分散性,并且和通过氢化硅烷化改性后的疏水性的硅量子点具有基本相同的荧光量子效率(～24%)。通过改变硅量子点和F127分子的数量比,可在5-100 nm范围内对硅量子点胶团的尺寸进行调控。该研究结果有助于促进独立的硅量子点在生物成像等领域的实际应用。(3)制备了新型的硅量子点-石墨烯/硅光探测器。实验结果表明,旋涂在石墨烯表面的硅量子点会使石墨烯/硅肖特基结的内建电势增加,同时还会降低光探测器表面对入射光的反射。硅量子点在电学和光学两方面的贡献使该光探测器显示出在目前同类器件中最高的响应度(≈0.495AW-1)、最短的响应时间(≤25 ns)以及非常优异的探测能力(≈7.4×109Jones)。由于该光探测器的最高响应度对应的入射光波长约为877 nm,非常适合应用于低功率集成电路,与垂直腔表面发射激光耦合。而在350～950 nm波段,稳定的低NEP值说明其在宽带成像领域将有非常好的应用前景。(4)将硅量子点薄膜作为发光层,制备了硅量子点有机杂化发光二极管(ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/Si-QD/ZnO/Ag),并通过提高硅量子点薄膜的质量,成功实现器件的稳定红光发射。