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鉴于太赫兹波在天文学、物理学、生物学、材料科学、信息通信、国家安全和军事等诸多领域的广泛应用,而太赫兹辐射源是所有实际应用的基础。而现在仍然缺乏低造价、便携式、具备足够输出功率的THz源。在此背景下,我们以新型材料GaN为基础,对IMPATT二极管进行了深入的研究,设计了几种GaN基IMPATT二极管结构并进行了详细的仿真分析,研究了不同工作温度条件和引入异质结构对器件性能的影响。主要得研究成果如下:1、研究了IMPATT二极管工作机理并建立仿真模型。对GaN基的IMPATT二极管的工作机理进行了分析,从器件中载流子的雪崩、渡越漂移特性,结合载流子的漂移-扩散模型,用器件仿真器ATLAS建立仿真模型。2、设计了三种结构的GaN基IMPATT二极管,并分别对其性能进行分析,分别为高-低-高型单漂移区型,普通型单漂移区型,双漂移区型。IMPATT的最佳工作频率分别为0.46THz、0.16THz、0.31THz,RF输出功率密度分别为13.8mW/?m2、12.6 mW/?m2、22.6mW/?m2。如果假设器件的面积为100?m2,在单漂移区器件中可以得到1W以上的RF输出功率,在双漂移区器件中可以得到2W以上的RF输出功率。3、结合最新的GaN、AlGaN材料的实验报道数据和蒙特卡洛仿真数据,拟合得到了GaN、AlGaN材料在不同温度下的速场模型。并且用此模型研究了GaN基IMPATT的温度特性,得到温度升高会降低器件的转化效率,但是由于温度升高使击穿电压升高,因此对RF功率输出影响较小。4、研究了GaN异质结型IMPATT二极管,提出双段单漂移区异质结型IMPATT结构。这种结构可以提高器件转化效率,并且不会降低器件的工作频率。5、研究了IMPATT器件中存在的功率-频率效应和热学效应,并讨论了GaN工艺条件中P型掺杂和欧姆接触对IMPATT器件制备的影响。综上所述,本文从理论上和仿真角度较为全面的研究了GaN基IMPATT器件,从仿真的结果可以得到GaN基IMPATT二极管可以作为高输出功率,高工作温度的半导体THz固态器件,并且为GaN材料工艺实现IMPATT打下良好的基础。