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从上个世纪50年代开始，硅基半导体材料的研究与应用取得了巨大的进步，大规模、超大规模集成电路的广泛应用使人们工作及生活获得了极大的便利。进入21世纪后，随着集成度的不断提高，微电子芯片的功能元件尺寸不断减小，使得人们对于硅的低维结构(包括量子阱、超晶格、量子线和量子点)的研究兴趣日益提高。当硅的尺寸减小到纳米尺度时，由于量子限制效应使其呈现出与体材料所不同的有趣的物理特性，这些物理特性有可能发展出许多性能优异的纳米硅基纳电子和光电子器件而应用于未来的硅基集成光电子领域。
要使得纳米硅具有真正的实用性，关键在于：制备手段要与硅平面工艺相兼容；纳米硅颗粒尺寸可以精确控制并获得高密度纳米硅薄膜；纳米硅表面能够被很好的钝化。
我们实验室先前的工作表明，利用非晶硅基多层结构与激光诱导限制性晶化技术相结合，可以获得尺寸可控的纳米硅材料。在此基础上，本文发展了准分子脉冲激光和常规热退火技术相结合的技术，将其作用于超薄非晶硅薄膜，利用限制性晶化原理在绝缘衬底上获得高密度、均匀硅纳米结构。所得到的主要结果如下：
1、利用限制性晶化原理，采用超短脉冲的准分子激光与常规热退火相结合的方法，在绝缘衬底(SiNx、SiO2)上获得了横向平均尺寸为10nm的高密度均匀硅纳米量子结构。其密度大于1011cm-2，尺寸偏差小于20％。
2、研究了不同激光辐照能量对所形成的硅纳米量子结构的影响。结果表明，对超薄非晶硅层进行晶化以形成高密度硅纳米量子结构时，存在一个“能量窗口”，在低激光能量密度条件下，非晶硅无法晶化；使用很高的能量密度辐照样品时，则会使形成的硅纳米结构尺寸较大，密度降低。同时，研究表明非晶硅薄膜的厚度对晶化后所形成的硅纳米结构的尺寸和密度也有较大影响。
3、在所获得的横向尺寸为10nm，纵向高度约为3nm的硅纳米结构材料中，观测到了室温下的光致可见发光现象，其峰位位于650nm，分析表明，此发光峰与纳米硅的形成有关。