基于3He气体的正比计数管在科学研究、国土和环境安全、反应堆与核安全以及中子辐射防护等领域都有着非常广泛的应用。目前,3He主要是利用库存核武器中氚同位素的p衰变来生产。随着冷战的结束,氚库存量的减少导致3He气体的供应量逐年下降,再加上近几年全球范围内对3He气体的需求量大大增加,导致3He气体的供需缺口日益增大。3He气体资源紧缺已经成为一个逐年加剧的问题,因此亟需开展替代3He的新型中子探测器技术研究。微结构半导体中子探测器突破了平面型半导体中子探测器探测效率低的问题,还具有时间响应快、体积小、工作偏压低、n/γ易甄别等优点,因此在替代3He方面具有很大的优势。本论文从微结构半导体中子探测器的物理设计、中子转换材料的填充工艺以及实验研究三个方面系统地研究了基于微结构半导体的新型中子探测器技术,为深入开展微结构半导体中子探测器技术研究奠定了重要基础。为研究结构、参数、中子转换材料填充密度以及甄别阈大小等因素对微结构半导体中子探测器热中子本征探测效率的影响规律,本论文通过Monte-Carlo方法建立了探测器的相关物理模型,采用Geant4程序计算了不同微结构形式的探测器在不同参数、6LiF的不同填充密度以及不同甄别阂值下的热中子本征探测效率。对比发现,沟槽深度、孔深度越深,柱高度越高,热中子本征探测效率越高。在小尺寸下,沟槽结构在较大的甄别阈范围内具有较高的和稳定的热中子本征探测效率；孔结构的热中子本征探测效率稳定性最好,但效率最低；柱结构随甄别阈的增大其探测效率下降很快。尺寸增大后,沟槽结构的热中子本征探测效率最高,孔结构最低,柱结构的热中子本征探测效率介于两者之间。中子转换材料的填充密度越大,反应产物在中子转换材料中的射程越小,但在一定路径内热中子被靶核吸收的越多。因此,当器件尺寸较小时,中子转换材料的填充密度越大,热中子本征探测效率越高；随着器件尺寸的增大,自吸收作用的不利影响逐渐增强,反而导致热中子本征探测效率迅速下降。在探测器的制备工艺方面,重点开展了中子转换材料填充工艺的研究。在已研究过的三种填充技术中,超声振动填充不致密,而且填充后材料存在脱落的可能性。电子束蒸发比较适合填充深度不大的微结构,否则填满所耗费的时间很长。离心填充工艺简单,当填充材料的颗粒度较小时填充效果好,是一种较为理想的材料填充技术。为了获得微结构半导体中子探测器原型器件的性能指标,首先对器件进行了电学性能测试。Ⅰ-Ⅴ测试结果表明当反向偏压达到80 V时,微结构半导体中子探测器原型器件尚未被击穿,漏电流仅为16.5μA左右,具备较为理想的反向电流特性。随后搭建了α粒子实验测量系统,利用241Am源开展了微结构半导体中子探测器原型器件对带电粒子的响应特性实验研究。结果表明该探测器对α粒子具有良好的响应特性,具备了将其用于中子探测的基本条件。针对用干法刻蚀、超声振动填充的微结构半导体中子探测器原型器件的中子探测效率问题,分别用该器件和硅PIN平面型探测器对252Cf中子源经慢化后的中子进行了测量,获得了明显的中子信号,并刻度了各自的中子探测效率。结果表明,微结构半导体中子探测器原型器件的热中子探测效率约为3.77%,是硅PIN平面型探测器的2.4倍。通过对上述问题的研究,我们发展了基于微结构半导体的新型中子探测器技术,为新一代微结构半导体中子探测器的制作和测试提供了重要的依据。