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太赫兹(Terahertz,1 THz=1012 Hz)泛指频率在0.110 THz波段范围内的电磁波,频谱上位于红外光与微波之间。太赫兹辐射具有瞬态性、带宽较宽、能量较低等特点,因此在宽带通信、天文学、医学成像（如:无标记的基因检查、细胞成像）、无损检测、安全检查等领域有着广泛的应用,太赫兹技术被誉为“改变世界的十大技术之一”。近年来,太赫兹源（如太赫兹量子级联激光器）快速发展,性能不断提升,这对与其联合使用的太赫兹探测器要求越来越高。太赫兹量子阱探测器（THz QWP）作为一种性能优异的太赫兹探测器,应用前景广泛,发展潜力巨大。与其他探测器相比,THz QWP有如下几点优势:（1）QWP中激发电子的本征载流子寿命很短,因此适用于高频、高速速探测领域;（2）THz QWP的响应频率由基态与第一激发态的能级差决定,而这可以根据需要进行具体设计,即探测光谱范围广;（3）GaAs工艺成熟,可制备大面积均匀、高分辨率的焦平面阵列,成熟的工艺水平使得THz QWP适用于实时太赫兹成像系统。但是目前THz QWP也受限于暗电流较大,工作温度较低等技术难题。本文对THz QWP进行了深刻的理论探讨及实验研究,并提出了两种实现高温探测的方案。首先,我们对THz QWP进行了细致的性能研究,并在对THz QWP暗电流物理机制认识方面取得了一定进展。与之前的研究不同,我们发现,THz QWP的暗电流并非只是以热激发为主,散射辅助隧穿过程对于THz QWP的暗电流影响同样巨大,甚至远大于热激发这一过程。同时我们还给出了不同频率THz QWP在不同工作偏压下暗电流主要机制的判据。在明晰暗电流的物理机制后,我们对THz QWP的背景噪声限制温度进行了修正。这部分关于暗电流的分析为接下来的高温探测研究提供了坚实的理论依据。同时,我们还研究了多体效应对THz QWP响应频率的影响。结果表明,多体效应对THz QWP影响巨大,在分析及设计中必须予以考虑;且多体效应对THz QWP的修正幅度随着能级上电子态密度的增加而增加,因此对于用作高温探测的重掺杂THz QWP来说,多体效应的影响尤为明显。以L924为例,当不考虑多体效应时,理论计算与实验误差达到21.5%,而考虑多体效应后,误差仅为1.9%,考虑到材料生长过程中,工艺精度导致的铝组分与设计值存在一定的偏差,实验与理论吻合的很好。同时,我们给出了考虑多体效应的不同频率THz QWP的优化设计。接着,我们开展了通过光耦合效应来增强THz QWP光响应,进而提高其工作温度的研究。我们分别研究了45°入射光耦合结构、一维及二维光栅耦合结构、天线耦合结构对THz QWP性能的提升。研究表明:1.对于45°入射光耦合结构的THz QWP,当峰值响应频率小于7 THz时,金属电极的效果好于环形电极;2.一维光栅结构、二维光栅结构都可以对THz QWP器件的光电流响应都带来了不同程度的提升;3.天线耦合结构有望大幅提升THz QWP的工作温度。计算结果表明峰值响应频率为5.5 THz的QWP器件,在使用106倍耦合系数的天线结构时可实现77 K的高温探测。最后,我们提出了一种实现THz QWP高温探测的主动探测方法,通过联合使用THz QWP和太赫兹量子级联激光器的方式,让THz QWP工作在信号噪声限制模式下从而实现高温探测。研究结果表明:1.由于工作温度较高,热激发为THz QWP的主要暗电流机制;2.在强信号光照射下,THz QWP的光电流响应会出现饱和现象。接着,我们系统的研究了衡量THz QWP高温工作性能的三个指标,即在信号噪声限制条件下的最小入射功率、器件探测率和信噪比。在综合考虑以上指标,我们给出了不同工作温度下、不同频率THz QWP的优化设计,并计算优化设计的THz QWP在高温工作时的性能。计算结果表明,峰值响应频率为5.5 THz的QWP器件在入射光功率大于、等于819 W/cm2,能够实现77 K的高温探测。本工作对THz QWP在信号噪声限制模式下实现高温探测的方法进行了详细地描述,并为实现太赫兹波段高温探测提供了新的方法。