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X射线成像是医学诊断领域中十分重要的手段，也是当前研究的热点。近年来，由于集成电路的发展以及半导体工艺的进步，传统的胶片式X射线成像已经逐渐显示出其劣势，因而发展出一系列基于半导体探测器的X射线成像系统。这类探测器通过直接或是间接地将X射线转换成电子空穴对并进行收集，然后利用集成电路将其信号读出完成数字成像。 对于医用X射线探测器的性能评价主要考虑其吸收效率，空间分辨率等因素。而直接探测器由于不需要借助荧光体，因此具有吸收效率高，空间分辨率高以及时间分辨率高等优点，受到了越来越多的关注。作为直接探测器中的核心部件，本论文所研究的基于SOI结构的X射线探测芯片对于成像系统的性能有着至关重要的作用。 本论文首先深入研究了X射线探测芯片的工作原理，分析了使用SOI结构进行探测芯片设计的可行性。进一步地，结合对探测芯片的设计要求选择了OKI的0.2μm FD-SOI工艺进行芯片的仿真设计。 本论文使用了TCAD软件对像素的感光单元PN结进行了仿真，重点研究了背栅效应以及衬底硅的耗尽状态。另外还利用HeavyIon模型模拟X射线的入射情况，分析了像素的收集效率以及相邻像素间的串扰问题，并从像素设计的角度得出了解决方案。 最后，本论文结合理论研究以及仿真结果，完成了完整的X射线探测器芯片的设计，包括相关的电路设计以及版图绘制。该芯片像素阵列为70×68，有效探测面积为约750μm×700μm，帧率可达到30帧/秒以上，可实现能量在20keV以下的X射线成像。