X射线（X-ray）是一种波长极短、穿透力强的电磁波,在医学诊断、放射治疗、空间探测、安防、环境监测、工业检测以及基础科学研究等领域有着广泛的应用。这些日益增长的应用需求对X射线探测器的灵敏度、响应和恢复速度、剂量检测限、能量和空间分辨率以及稳定性都提出了新的要求。本世纪初,新型X射线探测技术开始受到研究人员重视;尤其在近五年,相关研究取得了快速发展,新材料、新结构不断见诸报道,性能指标不断刷新纪录。但是,X射线探测器的灵敏度、信噪比、响应时间等探测性能依然存在较大提升空间,器件稳定性依然不能令人满意,现阶段基于宽禁带半导体的新型X射线探测器离大规模产业化还存在较大距离。本论文通过对现有研究成果的系统调研和半导体器件理论的科学分析,设计并研制了基于宽禁带半导体ZnO的光电导型X射线直接探测器系列原型器件,通过掺杂工程和能带工程,对吸收层的能带结构和载流子输运特性进行了可控调节;利用Trilogy直线加速器、数字源表、Lab VIEW软件平台等自主搭建了远程X射线光电测试系统,对研制的原型器件开展了综合性能测试,获得了探测器的灵敏度、信噪比、响应和恢复时间等性能参数;系统分析了在X射线辐照下载流子输运、分离、复合与收集的过程与机理,探索了优化器件结构、提升探测性能的科学新方案。具体研究内容如下:首先,采用溶胶-凝胶技术制备了系列ZnO薄膜,以此作为吸收层研制了ZnO基金属-半导体-金属（Metal-Semiconductor-Metal,MSM）光电导型X射线探测器,系统研究了溶胶浓度对探测性能的影响。结果显示,随着溶胶浓度增大,器件的暗电流和光电流也随之增大,各器件对X射线的响应不明显,并且当溶胶浓度过高时,器件对X射线无响应。该现象的产生是由于溶胶-凝胶技术制备的薄膜存在较多缺陷,导致器件漏电流过大,严重影响器件探测性能。然后,为获得高质量ZnO薄膜,采用射频磁控溅射技术研制了基于ZnO的MSM光电导型X射线探测器,系统研究了吸收层厚度对器件探测性能的影响。结果表明,当吸收层厚度增大时,器件的响应和恢复时间呈现缩短的趋势,而灵敏度和信噪比则先增大后减小。当吸收层溅射时长为90 min时,器件获得了最佳的X射线探测性能:灵敏度达到39.2n C·Gy-1air·cm-2,信噪比为111,响应和恢复时间分别是0.3 s和0.5 s。最后,为进一步增大吸收层禁带宽度、降低本征载流子浓度,对ZnO吸收层进行Mg掺杂以获得MgxZn1-xO基MSM光电导型X射线探测器,系统研究了吸收层材料组分对器件探测性能的影响。结果表明,ZnO掺杂Mg后器件性能获得了提升,且由Mg0.19Zn0.81O薄膜所制成的器件性能最佳,灵敏度达到90.9 n C·Gy-1air·cm-2,信噪比为278,响应和恢复时间分别是0.2 s和0.3 s。通过对薄膜光电特性以及形貌结构的表征,分析了性能提升的机理。本论文制备并优化的（Mg）ZnO基光电导X射线直接探测器的综合性能优于已商业化的a-Se基X射线探测器,相关研究为宽禁带半导体X射线探测器的发展和优化提供了实践经验和科学参考,为实现高性能宽禁带半导体X射线探测器的商业化提供新的思路。