本書主要介紹了太赫茲固態(tài)電子器件與電路。 全書共分6章,1章為太赫茲固態(tài)電子技術簡介,涉及太赫茲的概念、太赫茲波的產(chǎn)生和探測方法、太赫茲固態(tài)電子元器件發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢;第2章系統(tǒng)介紹了太赫茲肖特基二極管技術;第3章 詳細介紹了太赫茲負阻器件; 第4章為太赫茲固態(tài)放大器;第5章介紹了太赫茲固態(tài)電子測試技術;第6章介紹了新型太赫茲固態(tài)器件。
本書可作為太赫茲領域科研人員和相關學科研究生的參考書和工具書,亦可供有關工程技術人員參考。
“戰(zhàn)略前沿新技術——太赫茲出版工程”是華東理工大學出版社重大學術出版項目，得到了中國科學院雷嘯霖院士、中國工程院莊松林院士等國內(nèi)知名專家學者的大力支持。
叢書總主編曹俊誠，中科院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所研究員，國家杰出青年基金獲得者（2004）、中科院“百人計劃”入選者（2009）、國務院政府特殊津貼獲得者、國家科技部重大儀器專項首席科學家。
叢書共14分冊，具體分為太赫茲源、太赫茲探測及太赫茲應用三大部分，闡釋太赫茲測試過程中的各種前沿技術，詳細介紹太赫茲基礎性能研究以及太赫茲技術在國防、安全、通信、醫(yī)療、天文等諸多領域的應用，結(jié)合創(chuàng)作者多年的相關研究成果和實踐經(jīng)驗，借鑒和歸納總結(jié)國內(nèi)外相關研究領域?qū)＜覍W者和科研人員的研究成果，是國內(nèi)首套全面、詳細介紹太赫茲技術的原創(chuàng)叢書，代表了國內(nèi)一流研究水平，為該領域?qū)I(yè)人員提供關鍵技術參考，旨在加強先進技術的研發(fā)、推廣和應用。
本書為“戰(zhàn)略前沿新技術——太赫茲出版工程”01分冊，全書采用80克雅質(zhì)紙，彩色印刷。本書主要介紹了太赫茲固態(tài)電子器件與電路，包括太赫茲固態(tài)電子技術、太赫茲肖特基二極管技術、太赫茲負阻器件、太赫茲固態(tài)放大器、太赫茲固態(tài)電子測試技術以及新型太赫茲固態(tài)器件。
太赫茲技術在過去的十多年間取得了巨大的發(fā)展,使其在高靈敏探測、高分辨率成像、6G通信等領域顯示出廣泛的應用潛力,受到了世人的關注,多個科技強國紛紛將太赫茲科學列為前沿戰(zhàn)略科技方向。
太赫茲固態(tài)電子器件與電路由于功率高、體積小、重量輕,成了太赫茲系統(tǒng)中必不可少的組成部分。 更高頻率、更大功率和更高靈敏度是太赫茲固態(tài)電子技術發(fā)展的永恒主題,也是國際新頻譜波段的戰(zhàn)略資源。 太赫茲固態(tài)器件正處于新材料、新工藝和新頻段的快速發(fā)展階段。 目前國內(nèi)外有諸多的科研機構(gòu)和公司開展了太赫茲固態(tài)方面的研究,并在一些關鍵性指標方面不斷取得突破。 隨著開展太赫茲固態(tài)研究的單位越來越多,迫切地需要相關的科研人員和工程技術人員熟悉太赫茲固態(tài)電子器件制造與電路設計的基礎知識。
本書共分6章,每章末尾列有相關參考文獻以供技術人員進一步查閱更詳細的資料。 1章是太赫茲固態(tài)電子技術簡介,由梁士雄和徐鵬共同編寫,簡要介紹了太赫茲的概念、太赫茲波的產(chǎn)生和探測方法、太赫茲固態(tài)電子元器件發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 第2章是太赫茲肖特基二極管技術,由趙向陽和邢東共同編寫,論述了太赫茲肖特基二極管的基本原理、工藝制備、器件建模等內(nèi)容,并介紹了倍頻電路、混頻電路、檢波電路等太赫茲肖特基二極管的典型應用電路。 第3章是太赫茲負阻器件,由梁士雄編寫,論述了太赫茲共振隧穿二極管和耿氏二極管的基本概念、物理模型、設計、制備等方面的內(nèi)容,并介紹了一些常見的太赫茲負阻器件的應用。 第4章是太赫茲固態(tài)放大器,由張立森編寫,主要介紹了太赫茲晶體管、太赫茲固態(tài)低噪聲放大器、太赫茲固態(tài)功率放大器的特性和設計。 第5章是太赫茲固態(tài)電子測試技術,由徐鵬編寫,主要介紹了太赫茲固態(tài)電子器件直流測試、小信號S 參數(shù)測試與校準方法、固態(tài)模塊測試等方面。 第6章是新型太赫茲固態(tài)器件,由郭艷敏、王元剛、蔚翠、呂元杰聯(lián)合編寫,主要介紹了基于氮化鎵和石墨烯的太赫茲器件與電路。 本書的末尾列有本書關鍵詞,有助于工程技術人員加強對太赫茲固態(tài)電子器件與電路的理解,以供閱讀時參考。
希望本書的出版,能為從事太赫茲固態(tài)技術的工程技術人員提供有價值的參考,為我國太赫茲技術的發(fā)展提供一定程度的支持。 由于編寫時間限制以及本書作者水平所限,雖然付出了大量的辛勤努力,但是書中仍然難免有疏漏之處,懇請廣大讀者批評指正。
馮志紅教授：中國電科 13 所專用集成電路重點實驗室常務副主任、副總工程師、研究員、博士生導師。 2017 年與中科院蘇州納米所、納米器件與應用重點實驗室合作，在國際上首次實現(xiàn)了石墨烯外差混頻探測。
1 太赫茲固態(tài)電子技術簡介 001
1.1 太赫茲固態(tài)電子技術發(fā)展現(xiàn)狀 004
1.1.1 太赫茲固態(tài)源 006
1.1.2 太赫茲固態(tài)探測器 008
1.1.3 國內(nèi)太赫茲固態(tài)技術 010
1.2 太赫茲固態(tài)電子技術發(fā)展趨勢 010
參考文獻 011
2 太赫茲肖特基二極管技術 015
2.1 太赫茲肖特基二極管概況 017
2.1.1 基本原理 019
2.1.2 工作特性 025
2.2 平面型太赫茲肖特基二極管 030
2.2.1 器件結(jié)構(gòu)與制備 030
2.2.2 等效電路與模型 034
2.3 太赫茲肖特基二極管典型應用 039
2.3.1 倍頻電路 039
2.3.2 混頻電路 056
2.3.3 檢波電路 065
2.3.4 發(fā)展趨勢 071
參考文獻 075
3 太赫茲負阻器件 079
3.1 太赫茲共振隧穿二極管 081
3.1.1 共振隧穿二極管概論 081
3.1.2 共振隧穿二極管物理模型 084
3.1.3 共振隧穿二極管設計與制備 087
3.1.4 太赫茲波共振隧穿振蕩器設計 094
3.2 太赫茲耿氏二極管 095
3.2.1 耿氏二極管概論 095
3.2.2 耿氏二極管物理模型 100
3.2.3 耿氏二極管設計與制備 101
3.2.4 太赫茲耿氏振蕩器設計 106
3.3 太赫茲負阻型二極管應用 111
參考文獻 116
4 太赫茲固態(tài)放大器 123
4.1 太赫茲晶體管概況 125
4.1.1 太赫茲異質(zhì)結(jié)場效應晶體管 125
4.1.2 太赫茲異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管 138
4.2 太赫茲固態(tài)低噪聲放大器 141
4.2.1 低噪聲放大器特性 143
4.2.2 低噪聲放大器電路設計 153
4.3 太赫茲固態(tài)功率放大器 158
4.3.1 功率放大器特性 161
4.3.2 功率放大器電路設計 165
參考文獻 171
5 太赫茲固態(tài)電子測試技術 173
5.1 太赫茲固態(tài)電子器件直流測試 175
5.1.1 連續(xù)直流測試 178
5.1.2 脈沖直流測試 179
5.2 太赫茲固態(tài)電子器件微波測試 181
5.2.1 小信號S 參數(shù)測試 181
5.2.2 測試夾具 191
5.2.3 Load-Pull測試 196
5.3 太赫茲固態(tài)模塊測試 198
5.3.1 太赫茲倍頻模塊測試 199
5.3.2 太赫茲混頻模塊測試 200
5.3.3 太赫茲噪聲系數(shù)測試 201
參考文獻 203
6 新型太赫茲固態(tài)器件 205
6.1 GaN 太赫茲器件與電路 207
6.1.1 GaN 異質(zhì)結(jié)基本特性 207
6.1.2 GaN 太赫茲器件與電路 210
6.2 石墨烯太赫茲器件與電路 221
6.2.1 石墨烯基本特性 221
6.2.2 石墨烯太赫茲器件與電路 226
參考文獻 235
索引 239
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