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太赫兹技术被称为“改变未来世界十大技术”之一，具有广泛应用前景，是重要的交叉前沿研究领域。THz波的产生和处理技术是THz研究领域的重点和难点，由于技术的限制，目前主要借助超快激光技术及非线性光学等方法实现。基于微电子技术的THz波收发系统具有体积小、成本低、可室温工作、与未来THz通信技术兼容等显著优点，但其在国际上仍处在探索阶段，若干关键技术问题尚需突破。鉴于此，本论文将依据微电子技术的最新进展，深入研究THz波收发系统中的关键技术：高性能THz器件、新电路结构的新型THz源。具体包括：THz信号混频器所需高截止频率的InP基高电子迁移率晶体管(HEMT)和THz复合左右手非线性传输线(CRLH-NLTLs)技术所需THz GaAs肖特基二极管等；针对新器件、新结构，对基于微电子技术的THz信号源电路结构进行深入研究，提出新结构电学THz源。通过研制高性能THz器件和电路，所获得的设计与制造技术有助于促进我国THz技术研究与应用水平的提高。本论文的主要创新性成果如下：
1、设计了适用于THz非线性传输线的新型THz GaAs肖特基二极管外延材料和器件结构，开发了一套具有自主知识产权的THz GaAs肖特基二极管制造工艺，提出了一套准确可靠的THz GaAs肖特基二极管大信号等效电路模型提取方法，该模型与通用EDA软件兼容，可以应用于各种微波电路的设计。
2、开展了InP基HEMT。关键工艺的研究，制作了高性能的InP基HEMT，器件性能如下：晶格匹配InP基HEMT，最高电流增益截止频率达190 GHz；晶格赝配的InP基HEMT，最高单向功率截止频率达310 GHz。
3、建立了与THz GaAs肖特基二极管工艺兼容的CRLH-NLTLs制造工艺；利用自行提取的THz GaAs肖特基二极管大信号模型，建立了较为完整的CRLM-NLTLs倍频电路设计流程，提出谐波转换效率高的CRLH-NLTLs结构。
4、基于自主知识产权的THz GaAs肖特基二极管工艺和模型，设计并实现了K波段和K-U波段CRLH-NLTLs单片倍频器，二次谐波转换效率均达到6.1％，二次谐波相位噪声分别为-103dBc/Hz@100kHz和-107dBc/Hz@100kHz。这是国内外首次报道工作于K波段、K-U波段基于CRLH-NLTLs单片倍频电路。电路的研制成功，验证了工艺和设计水平，为开展基于微电子技术的固态THz源打下坚实的基础。
5、将新兴的CRLH-NLTLs技术引入THz领域，探索了新型CRLH-NLTLs在THz频段特性，提出CRLH-NLTLs需的新型THz无源器件结构；基于自主知识产权的THz GaAs肖特基二极管工艺和模型，设计并制作了0.1THzCRLH-NLTLs单片倍频器，提出了0.1THz信号源原型机。
6、基于自主研发的THz GaAs肖特基二极管工艺和模型，设计和制作了一款K波段基于右手非线性传输线(RH-NLTLs)单片倍频器，研究RH-NLTLs倍频器的二次谐波产生、高次谐波抑制、电压调谐和相位噪声等特性。通过与新型CRLH-NLTLs倍频器比较，揭示RH-NLTLs技术在倍频电路中的优缺点和设计瓶颈，确定了CRLH-NLTLs技术在0.1THz以上频段的优势。