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X射线成像在医学领域有着广泛的应用，数字化摄影要求X射线探测器应具有探测直接、响应灵敏、结构简单、成本低等特点。因此能够使用硅平面工艺制作的新型光电探测器成为研究的热点。本文研究了一种特殊结构的双极晶体管探测器，小信号下获得了良好的光增益，可用于低能X射线(5-25keV)的探测，预期可以降低医用X射线的剂量。
本研究在考虑了双极光晶体管的工作原理和特性后，在普通晶体管基础上，器件结构中设计了隔离环电极结构。即在发射区表面增加一个环状电极，通过所加偏压抑制基区表面复合，提高晶体管的注入效率，能够明显提高弱光信号下的光电增益。另外，采用区熔硅材料，降低了直拉单晶硅技术中不可避免的重金属杂质，对器件结构进行了优化设计。研究过程中，对器件的离子注入条件进行了理论计算、ISE-TCAD软件模拟和实验比对，并在硅平面工艺线上进行了六次流片，不断优化工艺条件，最终获得了性能良好的双极晶体管探测器。
本文测量和分析了所研制探测器的基本特性、红外光响应和X射线响应特性。用发射极直径为0.37mm的双极晶体管，将850nm红外光经过光纤耦合至入射窗口，并通过调节激光器的激发电流调节入射光功率，对器件在1.87～4900nW光功率下的增益特性进行了系统的研究。小注入条件下，即1.87nW～222.75nW的光功率范围内，隔离环带来额外的增益随隔离环正向偏压增加而增大。且信号越弱，隔离环结构带来的额外增益越大。光功率低至1.87nW时，可提供的额外放大倍数可达4.4倍(VCE=5V，VGE=1.5V)。隔离环电压大于1.5V后，额外的光增益趋于饱和，变化不明显。说明了此结构能够抑制器件的表面复合，提高小信号下的光增益。大注入条件下(754.31nW～4900nW)，大注入效应使器件的电流增益减小，且隔离环结构能够使大注入效应提前发生。使用8.04keV铜靶X射线机，经测量得到器件隔离环结构对2.6nW的X射线额外放大倍数为1.4倍(VGE=1V)。