太赫兹技术在国防反恐、环境监测、宽带通信、医疗诊断和射电天文等方面具有重大的科研价值和广阔的应用前景。太赫兹技术应用的发展对太赫兹探测探测器提出了更高的要求。太赫兹直接探测技术响应快、系统简单是现代检测仪器的发展趋势,但现有的太赫兹直接探测器存在结构复杂、低温工作、灵敏度低等问题,成为了制约太赫兹技术发展与应用的瓶颈。研究灵敏度高、响应快速、结构简单、集成度高的室温太赫兹直接探测器是太赫兹探测技术领域主要研究方向之一。针对太赫兹直接探测技术存在的问题,本文提出采用石墨烯纳米网格作为光栅提高入射太赫兹波耦合效率,利用石墨烯纳米结构能隙增强等离激元的激发,从而实现太赫兹波高灵敏探测的新方法。基于扩展的休克尔分子轨道理论,研究了石墨烯纳米网格的电子能隙调控机制及其对等离激元的激发增强作用,研究了石墨烯纳米网格等离激元的太赫兹探测机理,建立了基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器模型;研究了基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器加工关键技术,制作出了探测器原理样品;完成了探测器光电性能测试。搭建了太赫兹成像系统,实现了探测器的成像应用演示。论文的主要工作有:(1)调研并分析了太赫兹直接探测器,特别是石墨烯基太赫兹直接探测器的国内外研究现状以及发展趋势,总结出了现有技术存在的问题,确定了论文的研究目标、研究内容。(2)基于扩展休克尔分子轨道模型,利用ATK/VNL模拟计算平台对石墨烯纳米结构的电子结构进行了仿真分析,分析了石墨烯纳米带及纳米网格结构的尺寸及边缘形貌对石墨烯材料电子能隙的影响。提出了利用石墨烯纳米网格激发石墨烯太赫兹等离激元以实现高灵敏度的室温太赫兹探测器设计方案。(3)从麦克斯韦电磁基本理论出发,研究了石墨烯太赫兹等离激元的色散关系;研究了基于石墨烯纳米网格的光栅耦合和等离激元的增强激发机理;研究了石墨烯等离激元的太赫兹探测理论,建立基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器模型。使用时域有限差分的方法分析了器件的结构参数对太赫兹等离激元及探测性能的影响,优化了石墨烯太赫兹探测器的结构参数。(4)使用化学气相沉积法制备了高质量石墨烯材料;研究了石墨烯纳米网格的制备技术,采用电子束曝光工艺,制作了大面积、均匀的石墨烯纳米网格结构;设计了基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器加工工艺流程,研制出了太赫兹探测器原理样品。(5)研究了基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器的测试方法,通过石墨烯纳米网格的电学特性测试验证了石墨烯纳米网格对电子能隙的调控作用。搭建测试系统对探测器进行了测试,测试结果表明:室温下探测器的太赫兹探测灵敏度可达12mA/W。使用双焦成像系统实现了石墨烯纳米网格太赫兹探测器对金属样品的成像演示。