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柔性电子技术是一种将电子器件或电路制备于可弯曲/可延性基板上的新兴电子技术,具有可弯曲/可延展、成本低、便携性强和质量轻等优势。随着柔性电子技术的发展,面向可穿戴无线通信系统、共形雷达等应用的柔性微波电子器件也获得了更多关注。与硅、砷化镓、碳纳米管等半导体技术相比,氮化镓高电子迁移率晶体管（Ga N HEMT）具有高功率密度和高效率等优势,近年来成为了柔性微波功率器件的研究热点。由于Ga N外延生长工艺温度较高,目前还未能实现直接在柔性衬底上生长Ga N半导体材料并制备微波器件,故此基于刚性器件的转移方法成为了现阶段柔性Ga N器件制备的主流技术。然而由于存在转移过程中会引入材料损伤易导致器件性能退化、柔性衬底与刚性材料接触界面粗糙导致界面热阻增加、柔性衬底热导率低导致器件热阻大等问题,目前柔性Ga N微波功率器件面临着弯曲能力不足、输出功率低等瓶颈,限制了其在柔性微波电子领域的应用。针对上述问题,本文在柔性器件设计、器件制备工艺、力电耦合模型等方面开展了研究,主要包括:（1）基于聚对二氯甲苯（Parylene-C,PC）衬底的柔性微波Ga N HEMT研究。针对目前柔性微波Ga N HEMT弯曲能力不足的问题,本文提出了一种基于高分子聚合物PC衬底的器件结构及其实现方法。该结构通过在Ga N HEMT刻蚀减薄背面碳化硅（Si C）至5μm,然后蒸发PC衬底来实现。由于PC材料具备均匀无应力、涂覆致密的特点,可有效改善PC与Si C接触界面粗糙度,从而降低器件热阻。进一步地,针对转移制备过程中的易损伤问题,提出了一种液相低损转移制备方法。该方法首先利用液体对减薄前的器件进行固定,相比于粘附固定方式,其表面张力在横向方向更小,便于后续器件横向剥离。然后对器件减薄并蒸发PC,增加器件厚度,降低转移过程中外力直接作用在器件后引入的损伤。实验结果表明,所制备的柔性微波Ga N HEMT在3 GHz频率下,平坦状态饱和输出功率密度达0.42 W/mm,与国际先进水平相当。弯曲测试结果表明,最小弯曲半径0.4 cm时饱和输出功率密度仍可达0.41 W/mm,首次实现了柔性Ga N HEMT在弯曲下的射频功率输出。（2）基于背铜技术的高功率柔性微波Ga N HEMT研究。针对柔性衬底热导率不足导致器件输出功率受限的问题,本文提出了一种基于背铜技术的高功率柔性Ga N HEMT结构及其实现方法。相比于PC材料,由于铜具有更高的热导率和导电性,更适合器件散热和集成电路设计。此外,铜具有很好的延展性,从而在器件背面Si C减薄并沉积铜后仍具有较好的弯曲和散热能力。实验结果表明,所制备的柔性微波Ga N HEMT在3 GHz下,平坦状态输出功率密度高达2.65 W/mm,且在弯曲半径0.6 cm时饱和输出功率密度达2.24 W/mm,比基于PC衬底Ga N HEMT功率提升5倍以上,实现了与转移前刚性晶体管输出功率密度相当的柔性微波晶体管。（3）柔性微波Ga N HEMT力电耦合模型研究。首先,针对当前应力下柔性微波Ga N HEMT特性变化规律不清晰,导致传统陷阱效应模型准确性不足,无法用于柔性微波集成电路设计的问题。本文采用脉冲测试对器件在不同应力条件下进行表征,确定了其陷阱分布,随后采用瞬态电流测试方法提取不同弯曲应力下陷阱的能级、俘获截面等特征参数变化,揭示了应力下的缺陷演变机理。进一步地,提出了一种力电耦合等效电路大信号模型建立方法。该方法引入外部应力变量到传统的载流子浓度和阈值电压模型,进而基于表面势理论提出了应力相关的非线性电容模型和非线性电流模型及其参数提取方法,并同时考虑了应力相关的寄生参数。在6 GHz下的验证结果表明,该模型在弯曲半径0.8 cm和0.4 cm时的输出功率、功率增益和功率附加效率等精度大于90%,且与未考虑外部应力的传统模型相比,功率附加效率精度分别提升10.4%和24.5%。（4）柔性微波Ga N功率放大器设计与实现研究。为了验证所提出的器件结构和建模方法,本文开展了柔性功率放大器的设计研究,并提出了一种基于对环芳烷（Parylene-N,PN）的异构集成Ga N功率放大器实现方法。该方法首先采用自建的力电耦合大信号模型进行负载牵引获得最佳匹配阻抗,并进行输入输出匹配设计。由于PN介电常数稳定,基本不随频率变化,因此后续在晶体管上蒸发PN作为无源电路的衬底制备电容、电感等元件,并针对异构集成工艺中PN与金属粘附性差,导致剥离（lift-off）过程中金属易脱落的问题,提出了一种金属部分埋置结构。该结构通过对PN刻蚀形成凹槽,增加其与金属界面结合能的同时增大接触面积,可有效增加PN的金属粘附性。最后,采用PC衬底结构和低损转移技术实现柔性异构集成功放。实验结果表明功放在实现了在1.5 GHz时饱和输出功率大于200 m W,最大功率附加效率大于9%,实测结果与仿真结果吻合良好,验证了工艺和模型的正确性。本文工作对柔性高功率微波器件的制备、电路设计方法和Ga N器件在柔性电子领域的应用有着较好的指导意义。