深空探测和红外天文技术需要高性能的长波红外探测器,而我国在这方面相对落后。阻挡杂质带（Blocked Impurity Band,BIB）探测器具有响应波段宽、响应率高、响应速度快、易于大规模制备及方便读出等优点,成为过去三十年天文探测覆盖中红外和远红外波段的首选红外探测器。硅基BIB探测器具有与CMOS工艺兼容,易于大规模制备和方便与读出电路互连等突出优点,尤其受到重视。目前硅基的BIB探测器国内还处于起步阶段,发展空间很大。本论文主要围绕硅基BIB探测器性能的优化及其深低温读出电路进行了研究和探索。通过实验和理论分析,优化了硅基BIB探测器的制造工艺和探测器的物理模型;从模拟和实验两方面对硅基外延BIB探测器的光吸收层进行了设计和优化,增强了光吸收;对深低温读出电路的基本结构单元进行了设计并测试。以下是3个方面的主要创新成果:1.制备了硅掺磷和硅掺砷的离子注入型BIB探测器,两者探测率都达到国外同类器件报道的1013cm?Hz1/2/W量级。硅掺磷BIB探测器工作温度在5 K,工作偏压为-2.3 V时,探测器响应波段2.5～40μm,峰值波长在27.3μm,暗电流为1.12×10-11A,黑体响应率为4.59 A/W（800 K黑体,277 Hz）,探测率达到4.89×1013cm?Hz1/2/W。硅掺砷BIB探测器工作温度在5 K时,探测器的峰值波长在23.8μm,黑体响应率为3.65 A/W（800 K黑体,277 Hz）,探测率达到5.22×1013cm?Hz1/2/W。探测器工艺兼容于集成电路技术,可以用集成电路工艺标准大规模生产降低成本,同时探测器和读出电路集成到一块芯片提高了探测器成像性能。2.利用双层超表面结构实现了BIB探测器的减反射增吸收。通过定制外延BIB结构和外延其他各层陪片,测量了不同外延层的透射和反射,利用Drude模型拟合得到了不同掺杂浓度外延层的光学参数。将双层超表面结构与BIB器件相结合,加了偏振片的双层超表面结构在外延Si:P BIB探测器响应峰值波段基本无透射,反射率小于3%。实现了BIB探测器减反射增吸收,探测器获得偏振信息符合第四代焦平面的发展趋势。3.设计了深低温读出电路并进行了流片。设计了包括运放在内的读出电路基本结构,测试了部分电路的深低温特性。对深低温下读出电路进行了分析,为下一步深低温焦平面读出电路研究打下了基础。