通过比较反向偏压下AlGaN/GaN异质结肖特基势垒二极管(SBD)和GaN SBD的电流特性、电场分布和光发射位置, 研究了GaN基SBD的漏电流传输与退化机制。结果表明, AlGaN/GaN SBD退化前后漏电流均由Frenkel-Poole(FP)发射机制主导, 而GaN SBD低场下为FP发射电流, 高场下则为Fowler-Nordheim(FN)隧穿电流。电场模拟和光发射测试结果表明, 引起退化的主要原因是高电场, 由于结构不同, 两种SBD的退化机制和退化位置并不相同。根据实验结果, 提出了一种高场FN隧穿退化模型, 该模型强调应力后三角势垒变薄导致FN隧穿增强是GaN SBD退化的内在机制。

基于Hammer-Head型滤波器结构, 以及三维电磁软件所构建的肖特基二极管三维模型及电气模型, 分别设计了250 GHz悬置微带线和普通微带线的二次谐波混频器。通过仿真设计与实物测试, 对比分析两种结构混频器特性。测试结果表明, 悬置微带线混频器在射频输入230~270 GHz范围内时, 单边带变频损耗为8.6~12.7 dB, 而普通微带线混频器在射频输入220~260 GHz范围内时, 单边带变频损耗为8.4~11.4 dB。通过结果对比可见, 悬置微带线混频器带宽较大, 而普通微带线混频器的变频损耗更为平滑。此外, 考虑微组装工艺中的不良因素, 对仿真模型进行部分修正, 计算结果与测试结果拟合较好。

通过单片集成的方法,将工作于太赫兹频段(430 GHz)的三倍频器的各个功能电路集成在厚度为12 μm的砷化镓薄膜单片上,设计、制造太赫兹三倍频集成电路单片。单片结构采用一对反向并联连接的肖特基二极管,构成串联平衡式电路,电路不需要外加偏置电压。平衡式电路只产生奇数次谐波,简化了电路分析和优化过程。电路设计采用三维电磁仿真软件与谐波非线性仿真软件联合仿真场路的方法,准确模拟单片电路的射频特性。将单片电路安装在中间剖开的波导腔体内制成三倍频器进行测试,在430 GHz处测得输出功率为215.7 μW,效率为4.3%。

固态倍频器是太赫兹源应用中的关键器件，如何利用非线性器件提高太赫兹倍频器件的效率是设计太赫兹固态电路的关键。本文介绍了利用肖特基二极管非线性特性设计固态太赫兹二倍频器的2 种方法，即采用直接阻抗匹配和传输模式匹配设计了2 种不同拓扑结构的170 GHz二倍频器，针对设计的结构模型，分别进行三维有限元电磁仿真和非线性谐波平衡仿真。仿真结果表明，在17 dBm 输入功率的驱动下，倍频器在160 GHz~180 GHz 输出频率范围内，倍频效率在15%左右，输出功率大于7 mW。最后对2 种方法设计的倍频器结构进行了简单对比和分析，为今后太赫兹倍频研究和设计提供仿真方法。

肖特基势垒二极管(SBD)具有强非线性效应、速度快及容易系统集成等特点，常用于微波、毫米波及太赫兹波的产生和检测。本文通过电子束光刻等技术制作出肖特基接触直径1 μm的二极管，并对二极管进行了直流测试和射频测试。经过直流测试，二极管的串联电阻为10.2 Ω，零偏结电容为1.76 fF，肖特基结截止频率达到了8.7 THz；相同管子的射频测试串联电阻为15.4 Ω，零偏结电容1.46 fF，肖特基结截止频率也达到了7 THz。

肖特基二极管是太赫兹接收机的关键器件,通过在高频下对不同封装形式的肖特基二极管进行建模仿真,研究不同封装方式对肖特基二极管性能的影响。首先通过建立肖特基二极管的仿真模型,在高频结构仿真软件HFSS中对肖特基二极管在0~120 GHz频段进行仿真,得到该肖特基二极管的S参数,并对S参数仿真结果和实测结果进行对比,证明了该二极管模型的准确性。然后分别建立肖特基二极管的普通封装模型和肖特基二极管的倒装芯片(flip-chip)封装模型,并对这两种封装模型进行仿真,得到其在两种不同封装结构下的S参数,进而对两种不同封装方式的S参数的-3 dB带宽以及相位一致性进行对比分析。最终,对应用于太赫兹波段的肖特基二极管由于封装不同而带来的带宽以及相位的区别及其成因进行分析,论证了flip-chip封装更适合应用于太赫兹波段的肖特基二极管,与普通封装相比,该封装在高频下对肖特基二极管的电性能有比较大的改进。