晶体硅（C-Si）具有来源丰富、成本低廉和工艺成熟等优点,在微电子和光电子行业被广泛使用。然而,受制于自身反射率高且禁带宽度大等局限,导致基于晶体硅的传统光电探测器存在光谱响应范围有限、灵敏度低、近红外探测能力不足的问题。S掺杂微纳结构硅是一种新型的人造硅材料,具有低反射、高吸收、宽光谱的特点,为突破传统硅基光电探测器性能瓶颈提供了可能。目前,采用有效、可控的手段对晶体硅表面进行刻蚀和元素掺杂,仍然是光学工程领域的研究热点之一。本文采用多种刻蚀与掺杂工艺,结合材料性能表征手段,对S掺杂微纳结构硅的表面形貌、光学特性、电学特性与表面态缺陷等,进行了深入的研究和相应的机理探索,并将优化后的S掺杂微纳结构硅材料应用于宽光谱高灵敏新型Si-PIN光电探测器的研制。具体内容及结果可概括如下:（1）采用先刻蚀后掺杂的二步法工艺制备S掺杂微纳结构硅,其中刻蚀方法为金属催化酸腐蚀（MCE）和深槽反应离子刻蚀（DRIE）,掺杂方法为等离子体浸没离子注入（PIII）。结果表明,随着镀银时间和刻蚀时间的增加,MCE微纳结构硅表面结构的纵横比逐渐变大、电极接触特性逐渐变差;当镀银时间为60 s、刻蚀时间为45 min时,获得了均匀分布的纳米尖锥状结构,在400²000 nm范围内平均吸收率达到80.3%。随着掩膜尺寸与工艺循环次数的增加,DRIE微纳结构硅表面结构的纵横比和吸收率逐渐增大,当掩膜直径为4μm、圆心距为10μm、工艺循环为100次时,能够得到柱体垂直光滑无毛刺的圆柱形周期阵列,在400²000nm范围内平均吸收率达到69.1%,但与Ag/NiCr的接触特性变差。经过S元素离子注入后,上述两种微纳结构硅的峰值吸收红移,对近红外光（1100²000 nm）的吸收明显增强。（2）采用飞秒激光烧蚀一步法工艺制备S掺杂微纳结构硅,研究了激光能量密度、激光扫描速度、加工气体氛围等对材料表面形貌和光电性能的影响。结果表明,只有在SF₆气氛条件下晶体硅表面才会形成均匀分布的尖锥状微结构,在2.41 kJ/m²⁷.22 kJ/m²范围内,随着激光能量密度的增加,尖锥顶端直径、高度和间距都会逐渐变大,当激光能量密度为4.81 kJ/m²时,平均吸收率在400²000 nm范围内达到了94%,激光能量密度过低或者过高都会使微纳结构硅的光电性能变差;在4.0 mm/s⁰.5 mm/s范围内,随着激光扫描速度的降低,微纳结构硅表面结构的纵横比逐渐变大、平均吸收率逐渐提高、电极接触特性逐渐变差,综合考虑采用1.0 mm/s的扫描速度具有最佳应用价值。（3）无论是采用二步法还是一步法工艺制备S掺杂微纳结构硅,都会在晶体硅表面引入缺陷和杂质,其中飞秒激光烧蚀工艺在晶体硅表面引入的缺陷最少,DRIE刻蚀结合PIII掺杂工艺次之,MCE腐蚀结合PIII掺杂工艺最多。通过采用多种薄膜钝化方案来调控晶体硅表面态缺陷,结果表明,SiO_x/SiN_x、SiO_x/Al₂O₃双层钝化薄膜能充分发挥各自优势,同时起到化学钝化和场效应钝化作用,降低晶体硅表面缺陷态密度,对于提高S掺杂微纳结构硅的少子寿命,效果明显。（4）在SF₆气氛下采用优化后的飞秒激光烧蚀工艺制备S掺杂微纳结构硅,结合SiO_x/SiN_x双层薄膜钝化工艺,基于4英寸wafer级产品线,进行了正照式和背照式两种新型Si-PIN光电探测器的研制。结果表明,两种新型Si-PIN光电探测器的光谱响应范围明显拓宽,峰值响应红移,在1060 nm波长处响应度分别达到0.53 A/W和0.57 A/W,近红外探测能力得到明显增强,同时具备暗电流低（<1 nA）、响应速度快（<30 ns）、工作温度范围宽（-25℃⁺60℃）等特点,综合性能可与日本滨松公司硅基探测器同类产品媲美,打破了国外技术和产品封锁。