基于GaN肖特基势垒二极管的太赫兹超表面

论文信息

中国科学技术大学 Hua Qin 团队提出了一种基于具有高迁移率二维电子气的氮化镓肖特基势垒二极管的可编程太赫兹超表面 (GaNMS)。作者设计并制作了一个32×25单元阵列。每个单元用作直接THz移相器，动态调整结电容，从而实现0.32 THz下0°至210°的连续相位调制，平均相位误差为1.8°，调制速度超过200 MHz，平均插入损耗约为5 dB。为了降低阵列级非均匀性，引入了一种基于差分进化的优化算法，该算法在模拟和数字模式下均可实现稳健的±45°光束扫描，主瓣增益分别为18.5 dBi和16 dBi。此外，还演示了一个基于GaNMS的集成传感和通信系统，验证了其在下一代THz应用中的潜力。作者所提出的GaNMS连接了器件级相位可调性和系统级功能性，从而实现了实用化的THz技术。

研究成果于 2025 年 7 月 14 日以题为“A GaN Schottky Barrier Diode-Based Terahertz Metasurface for High-Precision Phase Control and High-Speed Beam Scanning”发表在《Advanced Material》上。

图文速览

图1：GaNMS的架构和工作原理

图2：GaNMS单元结构的工作机制

图3：均匀偏置下的GaNMS调制性能

图4：GaNMS 在 319 GHz 下的波束成形性能

图5：319 GHz下基于GaNMS的THz传感与通信

文献来源

R. Yu, D. Liu, X. Cai, Q. Zhou, M. Wang, L. Jin, J. Sun, X. Li, H. Qin, A GaN Schottky Barrier Diode-Based Terahertz Metasurface for High-Precision Phase Control and High-Speed Beam Scanning. Adv. Mater. 2025, 2507534.

DOI：https://doi.org/10.1002/adma.202507534

来源：第三代半导体产业

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