CN103715292B - 一种高增益可见和近红外硅基光电探测器及其制备方法 - Google Patents

一种高增益可见和近红外硅基光电探测器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器制备方法，其是在n型衬底与n+型黑硅层之间形成n-n+结，该n-n+结经过快速热退火处理激活黑硅硫掺杂层中的硫杂质元素；该硫掺杂黑硅层增加了材料对可见和红外光的吸收；该硅基光电探测器器件工作在反偏电压下，硅基光电探测器器件吸收光子产生的光生电子-空穴对在电场的作用下分离，并向两边的电极运动，被电极收集后形成光电流，从而实现了光探测。本发明具有结构简单、工艺简单、易加工和易保存等优点，最突出的，该光电探测器在400nm-2500nm波长范围内，-5V偏压下的响应度均大于为1A／W，在低偏压下实现了高增益。

Description

一种高增益可见和近红外硅基光电探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及硅光电器件领域，具体涉及一种光电探测器制作方法，其为一种具有高增益的可见和近红外光响应的硅基光电探测器制作方法。
背景技术
光电探测器是一种把光能量转换为电信号(电压或电流信号)以便于放大而检测的器件。一般的光电探测器都是由半导体制成的。硅在地表中的含量丰富，易提纯，易掺杂，耐高温，在半导体和微电子工艺中广泛使用，工艺已经相当成熟，用晶体硅制作的p-n和p-i-n型光电探测器也已经有了广泛的商业化应用。
虽然硅基工艺已经相当成熟，但由于晶体硅的禁带宽度为1.12eV，这使硅基光电探测器(有时称“硅光电探测器”)的响应截止在1100nm以内。另外，商用的普通硅探测器一般都没有增益效应，而具有高增益的雪崩硅光电二极管或光电倍增管又需要在几百甚至上千伏的高偏压下工作，因而限制了硅光电探测器的应用范围。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人经过长期试验和研究，提出一种具有高增益的可见和近红外光响应的硅基光电探测器制作方法。其改进了传统硅光电探测器存在的响应较低和光谱响应范围有限的不足。
依据本发明的技术方案，提供一种具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：选取n型单晶硅片，并用RCA工艺清洗；
步骤2：在一定气压的六氟化硫(SF6)气体中用飞秒激光辐照n型单晶硅表面制备硫元素重掺杂黑硅层，辐照到单晶硅表面的飞秒激光通量为1kJ／m2-8kJ／m2，单位面积上接收到的脉冲数为100-500个；
步骤3：用快速热退火方法激活硫元素重掺杂黑硅层中的杂质原子，并修复晶格，去除结构缺陷，在衬底与经过快速热退火处理的硫元素重掺杂黑硅层之间形成n-n+结；
步骤4：在硫元素重掺杂黑硅层的吸光面之上沉积介质钝化层；
步骤5：在硫元素重掺杂黑硅层边界上制备一正面接触电极；电极面积占黑硅层的面积为1／9-1／3；
步骤6：在n型单晶硅衬底背面制备一背面接触电极，该电极覆盖了整个n型单晶硅衬底背面；至此完成具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的制备。
其中，上述用RCA工艺清洗工艺为：(a)、把硅片放入的浓硫酸和双氧水混合溶液中，浓硫酸和双氧水的体积比为5∶1，加热至100℃-130℃区间内，保持10分钟；(b)、取出浸泡后的硅片，将浸泡后的硅片浸入5％的氢氟酸溶液中清洗；(c)、取出清洗后的硅片，再将清洗后的硅片浸入氨水、双氧水和去离子水混合液中，氨水、双氧水和去离子水的体积比为1∶2∶5，使用80℃的水水浴5分钟；(d)、最后再把水浴后的硅片浸入浓盐酸、双氧水和去离子水混合溶液中，浓盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1∶2∶7，使用80℃的水水浴5分钟；取出后用氮气流吹干；其中，在步骤(a)、(b)、(c)、(d)之间都需先用去离子水冲洗硅片，然后在去离子水中超声清洗3分钟。
所制作的光电探测器的响应波段在400nm-2500nm，在-5V偏压下响应度为1A／W-400A／W；其中可见波段(400nm-700nm)在-5V下的响应度为1A／W-200A／W，近红外波段(700nm-2500nm)在-5V下的响应度为1A／W-400A／W，其中响应峰值出现在波长为1000-1100nm的范围内，峰值响应度为400A／W；其中各数学符号的具体含义为：nm：纳米，V：伏特，A／W：安培／瓦特。
进一步地，步骤1中所述n型单晶硅衬底的电阻率为1000Ω·cm-5000Ω·cm(欧姆·厘米)，所述n型单晶硅衬底的厚度为100μm-500μm(微米)。
进一步地，步骤2中所描述的飞秒激光辐照制备硫元素重掺杂黑硅层的具体步骤如下：
(1)将用RCA工艺清洗过的硅片固定在样品架上，放入真空腔中，样品架通过强磁铁牢固的吸附在一个二维移动台上，在平移台的驱动下，样品在垂直于入射激光的平面上作二维运动，运动的范围取决于样品台与平移台之间的连接杆的可移动范围，移动的速度取决于平移台的设置，以此来制备大面积的黑硅层；
(2)抽真空，真空度为10-2-10-5Pa，然后，充入小于1个标准大气压的六氟化硫，反复抽气充气2-3次，即抽真空->充六氟化硫->抽真空->充六氟化硫->抽真空->充六氟化硫；
(3)控制样品台的运动：通过控制加工面积和移动速度来控制设定的面积和速度扫描，即在垂直于入射激光方向的平面上作二维运动；通过一个格兰-泰勒棱镜和一个半波片调节辐照到单晶硅表面的飞秒激光通量为1kJ／m2-8kJ／m2，使单位面积上接收到的脉冲数为100-500个；
扫描结束后，抽出真空腔内的六氟化硫气体，再充入氮气，反复抽气充气2-3次后，即在抽真空->充氮气->抽真空->充氮气->抽真空->充氮气之后，打开真空腔盖，取出样品硅片，检测加工过的硅片区域(即黑硅层)呈黑色或深灰色；经过上述步骤处理的黑硅层内掺入了大量的硫杂质，确保即黑硅层内的硫浓度为1019cm-3-1021cm-3，掺杂层的厚度为100nm-500nm。
优选地，硫元素重掺杂黑硅层中的硫对于硅是施主，该掺杂层为n+层，衬底与该掺杂层形成n-n+结。
优选地，所述快速热退火的方法具体分为三个步骤：第一步：首先10秒内升温至240℃，然后5秒内升温至400℃；第二步：保持400℃恒温60秒；第三步：约600秒内降温至室温。
优选地，所述介质钝化层的材料是氧化硅或氮化硅，介质钝化层的厚度为100nm-500nm。
另外，正面接触电极的形状为矩形电极，制作在硫元素重掺杂黑硅层的一个边界上；或者正面接触电极的形状为环状电极，围绕硫元素重掺杂黑硅层一圈。
更进一步地，正面接触电极的电极制备方法为电阻热蒸发法、磁控溅射法或电子束蒸发法；电极材料是铝、金、银、铬、镍或铂中的一种或其组合。
利用本发明所述的制备方法得到的硅基光电探测器，不仅仅具有结构简单、工艺简单、易加工和易保存等优点，最突出的，该光电探测器在400nm-2500nm范围内的响应均大于1A／W(-5V)，在低偏压下实现了高增益。
附图说明
附图1是依据本发明的硅基光电探测器的剖面结构图。
附图2是依据本发明的硅基光电探测器的制备方法流程示意图。
附图3是依据本发明的快速热退火时的温度与时间的关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体结构或部件或具体参数。
本发明利用飞秒激光辐照处于六氟化硫气氛中的单晶硅片，形成黑硅。黑硅表面有准周期排列的微米尺寸锥结构，且表面掺杂层具有过饱和掺杂的硫元素，黑硅在0.25μm-2.5μm范围内均有大于90％的光吸收率，这极大地扩展了单晶硅的光谱吸收范围。本发明提供的具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器，是在n型衬底与n+型黑硅层之间形成n-n+结，该n-n+结经过快速热退火处理激活黑硅硫掺杂层中的硫杂质元素；该黑硅硫掺杂层增加了材料对可见和红外光的吸收；该硅基光电探测器器件工作在反偏电压下，硅基光电探测器器件吸收光子产生的光生电子-空穴对在电场的作用下分离，并向两边的电极运动，被电极收集后形成光电流，从而实现了光探测。
本发明的具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的制备方法包括如下步骤：
步骤1：选取n型单晶硅片，并用RCA工艺清洗；
步骤2：在一定气压的六氟化硫(SF6)气体中用飞秒激光辐照n型单晶硅表面制备硫元素重掺杂黑硅层，例如在0.3-0.7bar(巴)气压下，辐照到单晶硅表面的飞秒激光通量为1kJ／m2-8kJ／m2，单位面积上接收到的脉冲数为100-500个；
步骤3：用快速热退火方法激活硫元素重掺杂黑硅层中的杂质原子，并修复晶格，去除结构缺陷，在衬底与经过快速热退火处理的硫元素重掺杂黑硅层之间形成n-n+结；
步骤4：在硫元素重掺杂黑硅层的吸光面之上沉积介质钝化层；
步骤5：在硫元素重掺杂黑硅层边界上制备一正面接触电极；为留出足够的吸光面积，电极面积占黑硅层的面积为1／9-1／3；
步骤6：在n型单晶硅衬底背面制备一背面接触电极，该电极覆盖了整个n型单晶硅衬底背面；至此整个硅基光电探测器的制备就完成了。
其中，用RCA工艺清洗具体为：(a)、把硅片放入浓硫酸和双氧水混合溶液中，浓硫酸和双氧水的体积比为5∶1，加热至100℃-130℃区间内，保持10分钟；(b)、取出浸泡后的硅片，将浸泡后的硅片浸入5％的氢氟酸溶液中清洗；(c)、取出清洗后的硅片，再将清洗后的硅片浸入氨水、双氧水和去离子水混合液中，氨水、双氧水和去离子水的体积比为1∶2∶5，使用温度80℃水浴5分钟；(d)、最后再把水浴后的硅片浸入浓盐酸、双氧水和去离子水混合溶液中，浓盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1∶2∶7，使用温度80℃水浴5分钟；取出后用氮气流吹干；其中，在每个步骤(a)、(b)、(c)、(d)之间都需先用去离子水冲洗硅片，然后在去离子水中超声清洗3分钟。
所制作的光电探测器的响应波段在400nm-2500nm，在-5V偏压下响应度为1A／W-400A／W；其中可见波段(400nm-700nm)在-5V下的响应度为1A／W-200A／W，近红外波段(700nm-2500nm)在-5V下的响应度为1A／W-400A／W，其中响应峰值出现在波长为1000-1100nm的范围内，峰值响应度为400A／W；其中各数学符号的具体含义为：nm：纳米，V：伏特，A／W：安培／瓦特。
优选地，步骤1中n型单晶硅衬底的电阻率为1000Ω·cm-5000Ω·cm(欧姆·厘米)，n型单晶硅衬底的厚度为100μm-500μm(微米)。
步骤2中所描述的飞秒激光辐照制备硫元素重掺杂黑硅层的具体步骤如下：
(1)将用RCA工艺清洗过的硅片固定在样品架上，放入真空腔中，样品架通过强磁铁牢固的吸附在一个二维移动台上，在平移台的驱动下，样品可以在垂直于入射激光的平面上作二维运动，运动的范围取决于样品台与平移台之间的连接杆的可移动范围，移动的速度取决于平移台的设置，因此可以制备大面积的黑硅层；
(2)抽真空，真空度为10-2-10-5Pa，然后，充入小于1个标准大气压的六氟化硫，反复抽气充气2-3次，即重复抽真空->充六氟化硫->抽真空->充六氟化硫->抽真空->充六氟化硫；
(3)用Labview程序控制样品台的运动，可在程序中直接输入加工面积和移动速度，运行程序，样品台就以设定的面积和速度扫描，即在垂直于入射激光方向的平面上作二维运动；通过一个格兰-泰勒棱镜和一个半波片调节辐照到单晶硅表面的飞秒激光通量为1kJ／m2-8kJ／m2，单位面积上接收到的脉冲数为100-500个；
(4)扫描结束后，抽出真空腔内的六氟化硫气体，再充入氮气，反复抽气充气2-3次后，打开真空腔盖，取出样品，检测加工过的区域呈黑色或深灰色，即黑硅层，黑硅层内掺入了大量的硫杂质，硫的浓度一般为1019cm-3-1021cm-3。
根据上述硅基光电探测器的制备方法制备的硫元素重掺杂层为一广谱高吸收黑硅层，该黑硅层由飞秒激光辐照处于六氟化硫气体中的单晶硅制备而成，辐照通量为1kJ／m2-8kJ／m2，单位面积上接收到的脉冲数为100-500个；该黑硅层在0.25μm-2.5μm波长范围内的光学吸收率大于90％。此外，硫元素重掺杂层的表面具有准周期排列、微米尺寸的锥结构，锥的高度为1μm-10μm，硫掺杂浓度为1019cm-3-1021cm-3，掺杂层的厚度一般为100nm-500nm，由于飞秒激光辐照，硫元素重掺杂层中的硅不仅可以是单晶硅，还可以是多晶硅或者非晶硅。进一步地，硫元素重掺杂黑硅层中的硫对于硅是施主，该掺杂层为n+层，衬底与该掺杂层形成n-n+结。
在本发明中所使用的快速热退火的方法具体分为三个步骤：第一步升温，第二步恒温，第三步自然降温；仅以升温至400℃为例，第一步：首先10s内升温至240℃，然后5s内升温至400℃；第二步：保持400℃恒温60s；第三步：约600s内降温至室温；在恒温过程中，最高退火温度不超过600℃，最长退火时间不超过600s。如图3所示。
在本发明中，硅基光电探测器的制备中使用的介质钝化层的材料是氧化硅或氮化硅，介质钝化层的厚度为100nm-500nm。正面接触电极的形状可以是一矩形电极，制作在硫元素重掺杂黑硅层的一个边界上；或者是一环状电极，围绕硫元素重掺杂黑硅层一圈。进一步地，电极制备方法可以为电阻热蒸发法、磁控溅射法和电子束蒸发法等；电极材料可以是铝、金、银、铬、镍或铂中的一种，或其组合。
使用上述硅基光电探测器的制备方法制备的硅基光电探测器包括一n型硅衬底；一制作在n型硅基衬底上的硫元素重掺杂黑硅层；一制作在硫元素重掺杂黑硅层吸光面积之上的介质钝化层；一制作在硫元素重掺杂黑硅层边界上的正面接触电极；一制作在n型硅衬底背面的背面接触电极。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
附图1是本发明提供的一种具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的剖面结构图，其中，1-1是n型硅衬底，1-2是硫元素重掺杂的黑硅层，1-3是介质钝化层，1-4是正面接触电极，1-5是背面接触电极。
附图2是本发明提供的具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的制备方法流程示意图。
附图3是本发明中使用的快速热退火时的温度与时间的关系图。
结合并参阅附图2，说明本发明提供的更详细的硅基光电探测器的制备方法，其包括如下步骤：
步骤1：选取n型单晶硅衬底，其电阻率可以为1000Ω·cm-5000Ω·cm，厚度为100μm-500μm，硅片的晶向和大小不限；
步骤2：用RCA工艺清洗已选取的单晶硅片；
步骤3：将清洗干净的硅片放入加工腔中，固定在样品架上，使入射激光垂直照到硅片表面；
步骤4：抽真空至10-2-10-5Pa，再充入低于1个大气压的六氟化硫，反复抽气充气2-3次；
步骤5：入射飞秒激光的中心波长为800nm，脉宽为120fs，辐照到硅片表面的激光通量可以为1kJ／m2-8kJ／m2，样品在二维平移台的驱动下作二维扫描运动，逐行扫描，可以加工大面积的黑硅层；
步骤6：加工完成后，抽走加工腔内的气体，再充入氮气，反复抽气充气2-3次后，打开腔盖，取出样品，肉眼观察可见加工过的区域颜色为黑色或深灰色，即硫元素重掺杂黑硅层，该层中掺入了过量的硫元素，硫的浓度约为1019cm-3-1021cm-3，掺杂层的厚度一般为100nm-500nm；
步骤7：用快速热退火方法处理飞秒激光辐照过的样品，快速热退火过程具体分为三个步骤：第一步升温，第二步恒温，第三步自然降温；在恒温过程中，最高退火温度不超过600℃，最长退火时间不超过600s；热退火处理能够激活黑硅层中的硫杂质，同时去除缺陷，修复受损晶格；
步骤8：用等离子体增强化学气相沉积法在硫元素重掺杂黑硅层的吸光面积之上沉积一层氧化硅或者氮化硅钝化层，钝化层的厚度为100nm-500nm；
步骤9：制备正面和背面接触电极，其中正面电极要留出吸光区域，背电极覆盖整个衬底背面；电极制备方法可以为电阻热蒸发、磁控溅射或电子束蒸发等；电极材料可以是铝、金、银、铬、镍或铂中的一种，或及其组合；
步骤10：将已经镀好电极的样品用飞秒激光切割的方法加工成3mm×3mm大小的器件；完成器件制作。
实施示例1：
硅基光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：选取2英寸n(100)区熔单晶硅片，其电阻率为2000Ω·cm，厚度为400±15μm；
步骤2：用RCA工艺清洗已选取的单晶硅片，清洗步骤为：(a)、先把硅片放入体积比为5∶1的浓硫酸和双氧水混合溶液，加热至100-130℃，保持10分钟；(b)、取出后在5％的氢氟酸溶液中清洗硅片；(c)、取出后再浸入体积比为1∶2∶5说我氨水、双氧水和去离子水混合液中，80℃水浴5分钟；(d)、最后再把硅片浸入体积比为1∶2∶7的浓盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液中，80℃水浴5分钟；取出后用氮气流吹干；a、b、c、d每步之间都先用去离子水冲洗硅片，再在去离子水中超声清洗3分钟；
步骤3：将清洗干净的硅片放入加工腔中，固定在样品架上，使入射激光垂直照到硅片表面，样品架与一个二维移动台相连，在平移台的驱动下，样品可以在垂直于入射激光的平面上作二维运动；
步骤4：抽真空至10-5Pa，再充入0.67bar六氟化硫，反复抽气充气2-3次，最后在0.67bar的六氟化硫气氛下加工。
步骤5：入射飞秒激光的中心波长为800nm，脉宽为100fs，辐照到硅片表面的激光通量为3kJ／m2，样品在二维平移台的驱动下作二维扫描运动，逐行扫描，扫描一片面积为27mm×27mm的方形区域，横向每步移动27mm，纵向每步移动100μm，共扫描270行，设定硅片的移动速度为1mm／s，这样，辐照到硅表面单位面积上的脉冲数为250个，这里的单位面积是指飞秒激光辐照硅样品表面时，单个脉冲投影到样品表面上的面积；
步骤6：加工完成后，抽走加工腔内的气体至10-5Pa，再充入氮气，反复抽气充气3-4次后，打开腔盖，取出样品，肉眼观察加工过的区域颜色为黑色或深灰色，即硫元素重掺杂黑硅层，该层中掺入了过量的硫元素，硫的浓度约为1020cm-3，掺杂层的厚度约为300nm；
步骤7：用快速热退火方法处理用飞秒激光辐照过的样品，第一步升温，首先在10s内升温至240℃，再在5s内升温至400℃；第二步恒温，温度保持为400℃，时间为60s；第三步自然降温；
步骤8：用等离子体增强化学气相沉积法在硫元素重掺杂黑硅层的吸光面积之上沉积一层氮化硅钝化层，钝化层的厚度约为200nm；
步骤9：采用电阻热蒸发的方法在黑硅层边界之上制备铝电极作为正面接触电极，电极形状为一矩形，具体方法如下：在已退火的黑硅层上加一块掩膜版，掩膜版上的镂空区域与黑硅层上要镀电极的区域相对应，将贴好掩膜版的样品固定在蒸发镀膜机的钼舟正上方固定好，在钼舟中放入适量的铝，抽真空至2.3×10-3Pa后蒸发镀电极；
步骤10：采用电阻热蒸发的方法在硅衬底背面制备铝电极作为背面接触电极，背电极覆盖整个衬底背面；
步骤11：将已经镀好电极的样品用飞秒激光切割的方法加工成3mm×3mm大小的器件，这样，已加工的27mm×27mm的样品上就可以切出91个小尺寸光电探测器；完成器件制作。
经过以上步骤制备的光电探测器的响应波长范围在400nm-2500nm，在-5V工作偏压下响应率为1A／W-400A／W，该光电探测器克服了普通硅光电探测器在400nm-1100nm波长范围内没有增益的不足，在低偏压下实现了高的增益。
有益效果：
1、本发明提供的具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的结构和制作方法，具有结构简单，工艺简单，易于控制等优点。
2、本发明用n型高阻硅衬底与黑硅层之间的差异形成n-n+结，黑硅层的光谱高吸收性能使得器件不需要添加抗反射薄膜层就能在工作波长内达到大于90％的吸收，避免了复杂的薄膜沉积、光刻等工艺，降低了成本。
3、本发明采用快速热退火方法激活载流子，在一定程度上避免了普通的高温管式炉退火过程所引起的杂质扩散，并且可以激活掺入的硫杂质元素，在硅的禁带中引入了杂质能级。
4、本发明提供的硅基光电探测器，在低偏压下具有高增益，器件优化后在400nm-2500nm波长范围内的响应在1A／W-400A／W(-5V)，克服了普通商用硅光电探测器响应低的缺点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。

Claims (7)

1.一种具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：选取n型单晶硅片，并用RCA工艺清洗；
步骤2：在一定气压的六氟化硫(SF6)气体中用飞秒激光辐照n型单晶硅表面制备硫元素重掺杂黑硅层，辐照到单晶硅表面的飞秒激光通量为1kJ/m2-8kJ/m2，单位面积上接收到的脉冲数为100-500个；
步骤3：用快速热退火方法激活硫元素重掺杂黑硅层中的杂质原子，并修复晶格，去除结构缺陷，在衬底与经过快速热退火处理的硫元素重掺杂黑硅层之间形成n-n+结；
步骤4：在硫元素重掺杂黑硅层的吸光面之上沉积介质钝化层；
步骤5：在硫元素重掺杂黑硅层边界上制备一正面接触电极；电极面积占黑硅层的面积为1/9-1/3；
步骤6：在n型单晶硅衬底背面制备一背面接触电极，该电极覆盖了整个n型单晶硅衬底背面；至此完成具有高增益的可见和近红外硅基光电探测器的制备；
其中所述高增益为所制作的光电探测器的响应波段在400nm-2500nm，在-5V偏压下响应度为1A/W-400A/W；其中可见波段(400nm-700nm)在-5V下的响应度为1A/W-200A/W，近红外波段(700nm-2500nm)在-5V下的响应度为1A/W-400A/W，其中响应峰值出现在波长为1000-1100nm的范围内，峰值响应度为400A/W；其中各数学符号的具体含义为：nm：纳米，V：伏特，A/W：安培/瓦特。
2.根据权利要求1所述硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所描述的飞秒激光辐照制备硫元素重掺杂黑硅层的具体步骤如下：
(1)将用RCA工艺清洗过的硅片固定在样品架上，放入真空腔中，样品架通过强磁铁牢固的吸附在一个二维移动台上，在平移台的驱动下，样品在垂直于入射激光的平面上作二维运动，运动的范围取决于样品台与平移台之间的连接杆的可移动范围，移动的速度取决于平移台的设置，以此来制备大面积的黑硅层；
(2)抽真空，真空度为10-2-10-5Pa，然后，充入小于1个标准大气压的六氟化硫，反复抽气充气2-3次，即抽真空->充六氟化硫->抽真空->充六氟化硫->抽真空->充六氟化硫；
(3)控制样品台的运动：通过控制加工面积和移动速度来控制设定的面积和速度扫描，即在垂直于入射激光方向的平面上作二维运动；通过一个格兰-泰勒棱镜和一个半波片调节辐照到单晶硅表面的飞秒激光通量为1kJ/m2-8kJ/m2，使单位面积上接收到的脉冲数为100-500个；
扫描结束后，抽出真空腔内的气体，再充入氮气，反复抽气充气2-3次后，即在抽真空->充氮气->抽真空->充氮气->抽真空->充氮气之后，打开真空腔盖，取出样品，检测加工过的硅片区域(即黑硅层)呈黑色或深灰色；经过上述步骤处理的黑硅层内掺入了大量的硫杂质，确保黑硅层内的硫浓度为1019cm-3-1021cm-3，掺杂层的厚度为100nm-500nm。
3.根据权利要求2所述硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的硫元素重掺杂黑硅层中的硫对于硅是施主，该掺杂层为n+层，衬底与该掺杂层形成n-n+结。
4.根据权利要求1所述硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤3中所描述的快速热退火的方法具体分为三个步骤：第一步：首先10秒内升温至240℃，然后5秒内升温至400℃；第二步：保持400℃恒温60秒；第三步：约600秒内降温至室温。
5.根据权利要求1所述的硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤4中所述介质钝化层的材料是氧化硅或氮化硅，介质钝化层的厚度为100nm-500nm。
6.根据权利要求1所述的硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，正面接触电极的形状为矩形电极，制作在硫元素重掺杂黑硅层的一个边界上；或者正面接触电极的形状为环状电极，围绕硫元素重掺杂黑硅层一圈。
7.根据权利要求1或6所述的硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，正面接触电极的电极制备方法为电阻热蒸发法、磁控溅射法或电子束蒸发法；电极材料是铝、金、银、铬、镍或铂中的一种或其组合。
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