微波无线能量传输系统（MWPT）由发射端和接收端两部分组成,其接收端包括:接收天线、整流电路和阻抗匹配电路。因为能够进行远距离传输,微波无线能量传输系统具有很大的应用潜力。能量转换效率作为评价微波无线能量传输系统性能的重要指标,通过改善系统不同组成部分的转换效率可以达到提高整体效率的效果。为此本文通过对接收端整流电路的核心器件--肖特基二极管进行设计,优化器件的材料物理参数,旨在提高MWPT系统的能量转换效率。目前系统常用的肖特基二极管是Ge基肖特基二级管,Ge合金化>8%比例的Sn组份可使Ge由间接带隙半导体变成直接带隙半导体。直接带隙Ge1-xSnx合金的电子迁移率约是Ge的2～3倍,这一特性可用于Ge肖特基二极管的优化设计,进而提高MWPT系统的整流效率。论文的主要内容如下:1、研究表明,降低肖特基二极管的串联电阻可有效提升整流电路的整流效率。串联电阻与器件内载流子的迁移率密切相关,同时DR-Ge1-xSnx合金的器件仿真也需要迁移率值。因此本文首先基于k·p微扰理论,在研究DR-Ge1-xSnx能带E-k关系基础之上,根据能带结构模型计算各晶向族电子有效质量,建立DR-Ge1-xSnx载流子迁移率的量化解析模型,通过PL谱与蒙托卡诺模拟分别验证其能带结构与迁移率模型结果。2、DR-Ge1-xSnx肖特基二级管的器件仿真需要功函数值,目前尚未有学者报道DR-Ge1-xSnx合金的功函数。为此基于Material Studio软件的CASTEP模块对沿不同晶面不同Sn组分DR-Ge1-xSnx合金（x=0,0.09,0.10,0.125）的功函数进行仿真分析。最终选定（100）晶面10%Sn组分的DR-Ge1-xSnx合金的功函数值4.132ev作为后续Silvaco器件仿真的数据。同时通过对比不同金属形成肖特基接触的功函数值,选定W作为与DR-Ge1-xSnx合金制备肖特基结的金属材料。3、基于前面的结论,利用Silvaco仿真工具,对垂直结构的DR-Ge1-xSnx肖特基二极管的材料物理参数以及几何结构参数进行优化设计。利用Cadence的Model Editor软件提取仿真出来器件的Spice参数,结果表明:与传统Ge肖特基二极管相比,本文所设计的新型DR-Ge0.9Sn0.1肖特基二极管的串联电阻显著下降。为了进一步验证能量转换效率的变化情况,在ADS软件中搭建单管串联的整流电路,仿真结果表明:在频率2.45GHz、输入能量密度21.5d Bm条件下,DR-Ge0.9Sn0.1肖特基二极管的单管整流效率可达75.4%,相比常见的HSMS-2820 Ge肖特基二极管整流效率提高了6.5%。为了进一步优化电路同时考虑实际应用的需求,在原电路的基础上加入了串联电感并联电容的smith圆图阻抗匹配电路,仿真结果表明:在输入功率Pin=14.5d Bm可得到80.8%的最佳整流效率。综上所述,本文设计的垂直结构DR-Ge1-xSnx肖特基二极管有望为微波无线能量传输系统整流输出效率的研究提供有价值的参考。