太赫兹波具有载频高、带宽大、频谱信息丰富等特点, 其在高速通信、分子检测和生物医学成像等领域的潜力已得到广泛关注。太赫兹调制器是太赫兹检测系统中的关键器件, 但是当前已报道的调制器都不能同时具备高效、高速、低插入损耗等特点。因此, 提出并设计了一种基于 GaAs 肖特基二极管结合表面等离子体栅阵结构的电控太赫兹调制器。该器件将谐振腔和金属栅阵的电场增强效应相互叠加, 大幅提升了器件的调制性能, 实现了 0.4～1.4 THz 范围内多频点调制, 最高调制深度约为 80%, 插入损耗低于 10 dB，调制速度大于 100 kHz。

基于第六代 650 V碳化硅结型肖特基二极管 (SiC JBS Diode)和第三代 900 V碳化硅场效应晶体管 (SiC MOSFET), 开展 SiC功率器件的单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应研究。 20~80 MeV质子单粒子效应实验中, SiC功率器件发生单粒子烧毁 (SEB)时伴随着波浪形脉冲电流的产生, 辐照后 SEB器件的击穿特性完全丧失。 SiC功率器件发生 SEB时的累积质子注量随偏置电压的增大而减小。利用计算机辅助设计工具 (TCAD)开展 SiC MOSFET的单粒子效应仿真, 结果表明, 重离子从源极入射器件时, 具有更短的 SEB发生时间和更低的 SEB阈值电压。栅 -源拐角和衬底 -外延层交界处为 SiC MOSFET的 SEB敏感区域, 强电场强度和高电流密度的同时存在导致敏感区域产生过高的晶格温度。 SiC MOSFET在栅压偏置 (UGS =3 V,UDS =0 V)下开展钴源总剂量效应实验, 相比于漏压偏置 (UGS =0 V,UDS =300 V)和零压偏置 (UGS =UDS =0 V), 出现更严重的电学性能退化。利用中带电压法分析发现, 栅极偏置下氧化层内的垂直电场提升了陷阱电荷的生成率, 加剧了阈值电压的退化。中子位移损伤会导致 SiC JBS二极管的正向电流和反向电流减小。在漏极偏置下进行中子位移损伤效应实验, SiC MOSFET的电学性能退化最严重。该研究为空间用 SiC器件的辐射效应机理及抗辐射加固研究提供了一定的参考和支撑。

微机电系统、深空、深海探测任务等对于长效、便携电源提出了更高的要求。同位素电池由于其能量密度高、功率输出稳定，可以在高低温、无太阳光照等极端环境下持续不断地为月球车、海底探测器等提供能量。作为同位素电池中的主要类型，辐射伏特效应同位素电池由于其理论能量转换效率高、易于微型化被广泛研究，并已经成功应用于心脏起搏器。宽禁带的半导体换能结器件制作的同位素电池能够获得更高的能量转换效率。宽禁带半导体中的代表金刚石具有5.5 eV的禁带宽度与耐辐射的特性，使其成为制作辐射伏特效应同位素电池换能结器件的最佳选择。随着化学气相沉积技术的发展，金刚石晶体的外延技术突飞猛进，为金刚石半导体器件的发展打下了材料基础。本文对比了常见的同位素电池换能结用半导体材料和辐射源材料的特性，介绍了辐射伏特效应的基本原理，接着对辐射伏特效应同位素电池的关键参数进行了分析，并汇总了有关金刚石辐射伏特效应同位素电池研究的文献，通过各个参数，如开路电压、转换效率等的对比，指出了目前金刚石同位素电池发展的状态与存在的问题。通过分析金刚石与其他n型半导体材料组成的异质pn结目前的性能与应用情况，给出了基于金刚石异质pn结的高性能同位素电池的结构设计，并进行了总结与展望。

基于立方星辐射计直接检波系统，设计并实现了中心频率分别为89 GHz和150 GHz的两款毫米波零偏置肖特基检波器。检波器设计基于ACST的零偏置肖特基二极管。为了获得稳定、优越的性能以及较好的宽带特性，并易于与前级系统集成，更适于立方星辐射计小型化，在直流接地电路与输出电路处采用扇形线结构，并通过一段可调传输线对其端口阻抗进行优化。本文对肖特基二极管及检波器电路结构进行了分析、建模和优化。测试结果表明，W波段检波器在85 ~ 95 GHz范围内具有2500 V/W的典型灵敏度，在89 GHz测试的线性度为0.9994。D波段检波器在145 ~ 155 GHz范围内的典型灵敏度约为1600 V/W，在150 GHz测试的线性度为0.9992。这些结果验证了改进电路结构在检波器设计上的优越性和在直接检波系统中应用的可行性。