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超导NbN HEB器件由于不受超导材料能隙频率的限制，可以工作在1THz以上的频率段。NbN HEB器件具有接近量子极限(hv/k)的噪声温度、高变频效率/量子效率、极低的本征功率需求，目前是太赫兹频段高频端，灵敏度最高的信号探测技术。与半导体器件相比，超导NbN HEB器件除具有超高灵敏度、低本征功率需求的优点外，还具有高动态范围和更快的响应时间等优点。此外，它是利用平面工艺技术制备的固态器件，便于集成大规模阵列，适应多像元(multi-pixels)阵列成像技术的发展。
本文针对超导NbN HEB器件的设计和制备开展了系列的研究工作，获得了一些研究成果。
一、NbN薄膜的制备和研究
在MgO(100)基片、Si(100)基片、SiOx/Si基片(有200 nm厚度的热生长的二氧化硅层的单晶Si基片)上，我们采用直流磁控溅射方法制备了厚度约2～100nm的的超导NbN超薄薄膜，系列研究了超薄NbN薄膜的Tc、△T、Jc和R()等电学性能随薄膜厚度的变化特性。
厚度约4nm的NbN/MgO(100)薄膜的超导转变温度Tc和临界电流密度Jc分别为12.8K和1.35×1011A/m2(4.2K温度下)；厚度约5nm的NbN/Si(100)薄膜的Tc和Jc分别为8.7K和2.5×1010A/m2(4.2K温度下)；厚度约5nm的NbN/SiOx/Si薄膜的Tc和Jc分别为9K和3×1010A/m2(4.2K温度下)。
这为我们下一步制备和研究HEB混频器、超导单光子检测器SSPD提供了良好的基础。
二、超导NbN HEB器件的设计
HEB器件由平面天线、超薄NbN薄膜微桥和电极组成。天线采用宽带的平面等角螺旋设计，材料采用约250 nm厚的超导NbN薄膜，根据频率范围设计了三种天线：0.25～2THz，0.5～3THz，0.6～5THz。考虑到天线与微桥的阻抗匹配，设计了不同尺寸的微桥：宽度2～4μm，长度0.4～0.8μm。电极采用共面波导设计，特征阻抗约50Ω。为验证器件的设计，用THz时域频谱分析了天线的工作频段。
三、超导NbN HEB器件的制备和性能表征
我们在厚度约4nm的NbN/MgO(100)薄膜基础上制备了集成了平面等角螺旋天线的HEB混频器件；研究了各个工艺过程对HEB器件性能的影响，制定了优化的制备流程。器件的Tc和△T分为10K和0.28K，器件正常态电阻80～100Ω，在4.2K温度下测得Jc约1.6～4.6×1010A/m2。
我们对制备的超导NbN HEB器件进行了高频特性测量，100GHz(最大功率30mW)和648GHz(最大功率240μW)的信号辐照下，器件的超流得以全部压缩，证实了很好的高频响应特性。