近三十年来,超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEB)作为外差检测器(混频器)广泛应用于太赫兹波段天文观测,并成为1.2 THz以上频段工作于液氦温区低噪声接收机中最有优势的检测器。超导NbN HEB响应时间短且灵敏度高,近些年来也用作太赫兹直接检测器,在生物、医药、安检等领域都有着较广的应用前景。基于上述背景,本论文围绕超导NbN HEB太赫兹直接检测器的电磁特性以及不同读出法下采用不同偏置方式时的灵敏度特性开展研究。主要成果为:1.设计制备了对数螺旋天线耦合型超导NbN HEB芯片,改进制备工艺并提高了成品率。2.对超导NbN HEB本征物理电磁特性进行了研究,建立了分布式超导电阻率模型并计算I-V曲线,仿真了微桥对能隙频率以下太赫兹辐射的非均匀吸收特性,并利用微波探针工具重点研究了 NbN HEB在双稳态的弛豫振荡特性以及阻态的本征振荡特性。3.在直流读出法下,比较了采用热、微波以及太赫兹偏置时NbN HEB在0.65 THz的直接检测性能。进一步地,在微波反射读出法下(特别是针对HEB多像元阵列),分别比较了采用热与微波偏置时的直接检测性能。实验结果表明,通过合适地选择微波频率及功率,微波偏置不会恶化灵敏度,我们得到了 pW/(?)量级的光学噪声等效功率(NEP),比热偏置时的NEP有一定程度的改善。此外,设计了两款相应的NbN HEB读出电路。4.设计制备了一种基于超材料开口谐振环型超导NbNHEB芯片,进行了太赫兹时域光谱仪和傅里叶变换光谱仪测试,并表征了其在0.65 THz的直接检测性能(NEP为pW/(?)石量级)。这种新型的电感电容谐振窄带NbNHEB可作为片上THz光谱仪,在检测微弱THz短脉冲方面有着潜在的应用价值。