基于高电子迁移率晶体管的准光学高速太赫兹调制器

本项目旨在设计和实现通过电调控方式对太赫兹波（THz）幅值直接调制的高速太赫兹调制器。调制器的设计将高电子迁移率晶体管（HEMT）和频率选择表面（FSS）结构有机结合，通过脉冲栅压信号调控HEMT沟道电导的导通和断开，进行FSS滤波结构的动态切换，达到对THz波的高速电调制。调制器采用基于AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，具有高跨导和高截至频率的优良特点，调制器的制备以半导体微纳加工技术为基础，采用图形化二维电子气单元阵列和优化的频率选择表面结构相集成，解决调制器微结构设计和器件封装测试等核心技术问题，探讨太赫兹波在调制器微结构中传输特性，实现对太赫兹波的高速调制。调制器指标达到：调制深度>50%，调制速度>50 MHz，调制带宽～100 GHz。该课题为目前迫切所需的高速太赫兹调制器开拓新的途径，具有重要的学术研究意义和广泛的应用前景。

本项目全面开展了基于GaN/AlGaN二维电子气高电子迁移率晶体管（HEMT）太赫兹电调制器的实验研究，太赫兹电调制器结构包括太赫兹频率选择表面（FSS）和栅压可调控HEMT结构。获得了不同HEMT结构与FSS结合的电调制器调制性能的实验评估结果，明确了HEMT电导和器件电容是实现高效高速太赫兹调制器的瓶颈所在。研究指出二维电子气台面结构设计和降低寄生电容能够有效解决的高调制深度和高速调制的问题。项目实施的主要成果输出为（1）太赫兹频率选择表面结构与高迁移率晶体管的有机结合形成了室温高效高速太赫兹调制器的完整技术和器件模型。目前达到调制深度5.2%，调制速度1MHz。调制器部分性能指标达到国际最新报道水平，为电调制器的进一步优化和实用化研究提供宝贵的研究基础；（2）设计并实现了应用于电调制器的平面结构高Q太赫兹波滤波器，在0.92 THz频率下Q值12.4，为进一步提升太赫兹调制器性能指标提供重要的研究参考；（3）实现了电调控太赫兹调制器的演示；（4）建设的实验装备和建立的太赫兹测试技术将为后续的深入研究提供强有力的技术支撑。