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高灵敏度检测器是太赫兹科学与技术研究与应用的关键部件之一,在物体成像、射电天文、医疗诊断等研究领域具有广泛的应用前景。Nb5N6microbolometer检测器,室温工作、制备工艺简单,在太赫兹波段具有检测灵敏度高,响应时间快,便于集成超大规模阵列等优势,为太赫兹信号检测和成像提供了一条有效的技术途径。论文系统研究了平面天线耦合的Nb5N6microbolometer检测器、集成衍射微透镜的Nb5N6microbolometer阵列芯片以及Nb5N6microbolometer接收机的设计、制备和性能表征等工作,主要研究成果包括：第一,设计和研制了0.2THz频段集成偶极子平面天线的Nb5N6microbolometer检测器。器件在0.22THz到0.33THz频段都获得了很好的电压响应。单个Nb5N6microbolometer的直流电压响应率最高达760V/W。在偏置电流为0.19mA,调制频率为4kHz时,Nb5N6microbolometer的噪声功率谱密度为10nV//√Hz,对应的直流噪声等效功率(NEP)为1.3×10-11W/√Hz。采用有效接收面积的标定方法,Nb5N6microbolometer的有效电压响应率为480V/W,接近器件的直流电压响应率。在实际的准光测量系统中,测得器件的光学电压响应率为12.2V/W。此外,我们还系统研究了Nb5N6microbolometer的极化特性和环境因素对响应灵敏度的影响,为进一步提高器件性能和大规模阵列芯片的设计和制备提供了技术保证。第二,研究分析了衬底干涉效应对器件性能的影响,利用此干涉效应,选取不同厚度的衬底来调节谐振频率,设计制备了衬底谐振结构的Nb5N6microbolometer器件,进一步提高了器件的信号耦合效率。第三,设计了5台阶的衍射微透镜阵列,使用有限时域差分法(FDTD),数值计算了微透镜焦平面的功率分布。仿真结果显示这种多台阶的衍射微透镜具有较好的汇聚能力,可以提高信号的耦合效率,从而提高器件的信噪比。在优化设计的基础上,制备了集成衍射微透镜的Nb5N6microbolometer阵列芯片,实验测量证明,这种集成衍射微透镜结构的检测器阵列,大幅提高了器件的光学电压响应率,达到74V/W,相比于无衍射微透镜的器件,信噪比最大可提高16.5倍。第四,分析研究了延展半球硅透镜的波束汇聚特性,使用有限时域差分法(FDTD)数值计算了延展半球硅透镜的焦平面的电场分布。根据计算结果,兼顾Nb5N6microbolometer有效接收面积,提出由3个Nb5N6microbolometer串联作为一个器件单元的思想。设计制备了串联结构的Nb5N6microbolometer器件,并用这种串联结构的Nb5N6microbolometer构成了准光型接收机,大幅提高了接收机对入射信号的耦合效率。这种串联结构的接收机,除具有较高的电压响应率外,同时还兼备了较宽的太赫兹响应频谱。在0.245THz器件有最大的光学电压响应率为428V/W,在0.367THz也有102V/W。该串联结构的检测器保持了与单个器件的时间常数一致的性能,既提高了器件的响应灵敏度,同时又保证了短的响应时间。第五,为进一步证明Nb5N6microbolometer太赫兹检测器的实用性,我们把研制的几种不同结构的器件,应用到太赫兹成像系统中,均获得了目标物体清晰的成像。为Nb5N6microbolometer阵列器件在太赫兹快速、大范围检测和成像系统中的应用奠定了技术基础。