光电子的整个系统非常庞大和内容繁多。在前端的理论研究、材料选择制备、信号处理等过程当中，涉及了量子力学、固体物理、半导体物理、光电子器件和光电信号处理等等学科与内容。在传输和储存等过程中又涉及了信号完整性、系统干扰和EMC等等知识内容。最后在成像或者处理当中，又会有成像处理算法、电路编程、软件编程等等相关内容[2]。

光电探测器是指利用内光电效应或者外光电效应，将入射到光敏面上感兴趣的光波进行光电转换，在器件材料内部产生电信号（电压或者电流）的器件。当光信号接收转换完毕后，送入后续系统进行后续处理。目前光电探测器被广泛应用于民用和军用的各个领域，具有十分重要的地位[3]。

作为整个光电子系统前端信号采集部分，其担负着十分重要的作用。如果信号采集质量不符合系统设计要求，达不到后续处理的指标，那么整个系统就是失败的。在此情况下，对于前端探测器材料的研究显得格外重要。

在所有光电探测器中，硅光电探测器是技术最成熟、应用最广泛的器件之一。其主要原因有以下几个：硅材料储量丰富，有稳定的化学性质和良好的机械与电学性能，并且易于提纯、易掺杂，同时提纯和制作成本较低。但是由于硅晶体表面对可见光以及近红外光的反射率很高，这使得常规硅光电探测器的峰值响应最高只能达到0.4A/W左右[4]。由于硅的禁带宽度较大（300K时禁带宽度为1.124eV），且其为间隙带隙半导体材料，所以常规硅光电探测器只能探测波长小于1.1μm的光信号。因此常规硅光电探测器的应用范围非常有限。当需要探测波长大于1.1μm的光信号时，则必须使用基于其他更具优势材料的光电探测器。目前在近红外波段的探测器材料主要有基于锗（Ge）和基于铟镓砷（InGaAs）半导体材料，其在近红外波段的性质均优于普通硅材料。虽然锗和铟镓砷也暴露出很多缺点——晶体生长质量难控制、热机械性能差、与现有成熟半导体制备加工工艺兼容性差、价格昂贵等等[6]。这就促使人们进一步研究新型的光电探测材料，以克服以上缺点，使得新型光电探测器的响应度得到提高，并具有更宽光谱响应。

1.1  “黑硅”简介

20世纪90年代，哈佛大学的Mazur研究组用飞秒激光在SF6气体环境下辐射硅表面，使辐射后的硅表面用肉眼看起来是黑色的，即俗称的黑硅材料[7]。到目前为止国内外对于黑硅的实验表明，其光谱吸收能力十分强，几乎可以全部吸收可见光，同时在近紫外源]自\751|文}论(文]网[www.751com.cn和近红外的波段内，拥有90%以上的光谱吸收率[8]。

1.1.1  黑硅的制备

    目前通过实验得出了许多制备黑硅的方法，主要有金属催化化学腐蚀法、飞秒激光脉冲制备法、电化学腐蚀法和反应离子刻蚀法等等。其中，金属催化化学腐蚀法拥有最简单的制备方法，且成本较低[9]。而另一种方法——飞秒激光脉冲制备法，则是利用飞秒激光脉冲在一些特定气体下对硅表面进行扫描，从而制备出具有平行排列、具有微尺度沟槽的特有黑硅材料表面[10]。

1.1.2  黑硅的光吸收特性

成功制备后的黑硅会在表面产生因制备环境不同而形成的不同形状的表面微结构，比如如图1.1所示的锥形的“森林结构”，每个椎体的直径在5μm左右，高度可达10μm以上，。由于黑硅的这种特殊表面结构，入射光会在其表面微结构——椎体之间进行无数次反射和吸收，最终到达入射光吸收率至90%以上。