同步辐射光源自从发现以来以其优异的性能在科学界和工业界得到了广泛的应用，同步辐射装置从第一代发展到第二代、第三代，光子通量提高了几个数量级，其性能也在不断地提升。伴随着同步辐射光源的发展，光束线和实验站也在不停的发展中。但是，目前同步辐射探测器水平与光源和光束线的性能仍存在相当的差距，探测器水平的提高往往可以使同步辐射实验效率获得显著的提升。探测器是所有同步辐射实验最核心的部件之一，每种实验都对探测器提出了特殊的需求。北京高能同步辐射光源预研项目提出建设一台第三代高性能同步辐射大科学装置，作为这一预研项目的内容，发展和掌握高性能同步辐射探测技术具有重要的意义。针对同步辐射X光的探测需求，研究同步辐射半导体探测器，掌握探测器的物理分析和设计具有重要的科研和应用价值。　　随着半导体技术的发展，半导体探测器在同步辐射中的应用越来越广泛。硅基半导体像素阵列探测器因其优异的性能，在全世界各个同步辐射光束线上得到了广泛的应用。复合像素阵列探测器可以对X射线单光子进行探测，具有动态范围大、计数率高、噪声为零等诸多优点。国际上对复合二维像素阵列探测器的研究起步比较早，国内在这方面的研究还处于空白状态。　　本论文的研究内容是复合像素阵列探测器项目的一部分，主要关注探测器的物理分析和硅基半导体像素阵列器件(Pixel Array Sensor，PAS)的研制。以X射线与物质的相互作用原理出发，研究了X射线在硅晶体中转化为为电子空穴对的过程。研究了电子空穴对作为半导体中的非平衡载流子，在像素阵列探测器中的漂移和扩散以及感应出电流脉冲的过程。分析了像素阵列探测器的电荷共享效应、能量分辨率、空间电荷效应等物理问题，这些物理问题的分析为探测器的设计和应用提供了理论指导。针对像素阵列器件，本论文研究了器件的物理设计、制作工艺流程以及光电特性，并研制出了可实际应用的像素阵列器件。基于此，我们研制出了国内首个可进行X射线单光子探测的像素阵列探测器模块，该模块的像素数为288×208=59904，像素大小为150um。实际测试中，我们拼装了4个模块，总像素数为240k的像素阵列探测器系统。该探测器在X光机和北京同步辐射1W2B实验站进行了性能测试和成像实验，得到了满意的结果。　　同步辐射光源具有特殊的时间结构，为X射线时间分辨实验提供了实验条件。而作为时间分辨实验必不可少的探测环节来说，纳秒时间分辨探测器的研究对同步辐射时间分辨实验具有重要的意义。本论文介绍了纳秒时间分辨探测器的设计、物理分析、测试及应用，并对探测器的时间分辨和能量分辨等物理问题进行了分析和讨论，同时提出了今后纳秒时间分辨探测器的发展方向和研究重点。本论文完成了时间分辨小于1ns的探测器系统设计和搭建，并且针对多元时间分辨探测器完成了探测器的读出电子学设计。利用FPGA完成时间测量，大大简化了原有系统的复杂程度，提高了系统的集成度，为今后多元或者阵列纳秒时间分辨探测器的研制打下了基础。在国内同步辐射装置上首次研制成功了用于X射线单光子探测的纳秒时间分辨探测器，为国内同步辐射时间分辨实验的开展提供了重要的支持。