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随着科学技术的迅速发展，现代通信系统不断向低功耗、宽带化、高集成方向发展，人们对个人消费电子、智能家居以及车载信息电子的需求也越来越高，这就要求现代天线系统发展出与之相适应的灵活重构技术、宽频带技术以及系统小型化技术。同时，雷达散射截面是现代天线系统关注的一个关键性能指标，如何有效的降低天线的雷达散射截面也是现代天线系统研究的重要方向。传统金属天线系统中，金属作为天线主要辐射单元，重量大、设计尺寸难以改变以及具有较大的雷达散射截面，限制了通讯系统的向高集成多用途方向发展。等离子体可重构天线具有工作频段切换灵活、辐射方向范围宽、体积小且与微电子工艺兼容等众多优势，是提升雷达与通信系统性能的有效途径。
硅基SPiN二极管作为固态等离子体可重构天线基本辐射单元，在实现等离子体天线辐射、传输以及接收电磁波方面起着至关重要的作用。本论文重点分析了SOI横向SPiN二极管等离子体关键微波参数随载流子浓度及其分布的变化规律，设计并优化了SPiN二极管以及硅基高集成可重构天线的关键制备工艺，制备了多种硅基高集成可重构天线。主要研究工作及成果为：
1.SPiN二极管工作机制及等离子体特性研究。研究了SPiN二极管的结构模型与工作机制、正向导通情况下载流子输运机制、固态等离子体理论以及等离子体微波特性，建立了二极管本征区内载流子浓度及其分布模型，通过二极管结构尺寸参数以及理论模型的优化，得到了具有高浓度载流子的等离子体器件，为硅基固态等离子体天线的研究提供了理论基础。
2.SPiN二极管的制备与正向特性的研究。在SPiN二极管理论模型分析与结构尺寸优化的基础上，提出了一种新型的SPiN二极管制备工艺，利用SOI技术、深槽隔离技术、离子注入等半导体工艺，制备了多种具有不同本征区尺寸的SPiN二极管单元以及阵列。通过分析比较不同的二极管测试结果，得到了一种适合于制备固态等离子体可重构天线的最优SOI横向SPiN二极管尺寸，本征区内部平均载流子浓度超过了1018cm-3，验证了制备工艺的可行性。
3.固态等离子体单极子可重构天线研究。基于天线电磁理论模型分析设计了一种硅基金属单极子频率可重构天线，结合优化后的现代半导体工艺，制备了相应的单极子天线样品，得到了3.73GHz和3.85GHz两个频率的可重构模式，金属单极子天线其他辐射性能参数也达到了设计要求，仿真与测试结果基本吻合，为固态等离子体可重构天线结构的优化设计奠定了坚实的理论与实践基础。在此基础上，设计了一种基于优化SPiN二极管的固态等离子体单极子频率可重构天线，实现了3.15GHz和3.45GHz两种谐振频率的重构模式，天线同时具有优良的辐射性能参数，验证了固态等离子体天线理论的正确性以及天线的可重构性。
4.基于滤波器的单极子可重构天线研究。为了进一步提高硅基天线系统的集成度，通过理论分析与参数优化，研究了一种适用于硅基频率可重构单极子天线的微带带阻滤波器，滤波器阻带可很好的应用于天线工作频段内。同时，为了验证硅基固态等离子体天线的可行性，设计并制备了一种基于优化带阻滤波器的硅基金属单极子天线，得到了3.23GHz和4.48GHz两个谐振频率的重构模式，其他辐射性能参数也符合设计要求，验证了等离子体天线设计的有效性。此外，基于带阻滤波器优化参数以及金属单极子天线实验结果，设计了一种基于SPiN二极管的硅基固态等离子体频率可重构单极子天线，得到了可动态重构的等离子体单极子天线辐射性能，为等离子体可重构天线集成度的研究提供了理论与实践基础。
5.基于SPiN二极管的偶极子可重构天线研究。为了验证固态等离子体可重构天线设计的多样性，设计并制备了一种硅基金属偶极子可重构天线，仿真以及测试结果表明所设计偶极子天线实现了1.33GHz和1.65GHz两个频率的可重构，天线方向图以及其他辐射性能参数良好。同时，设计了一种基于SPiN二极管的固态等离子体偶极子可重构天线，二极管作为天线基本辐射单元，有效的实现了偶极子天线的动态可重构能力以及隐身性能。研究结果表明，所设计偶极子天线实现了1.23GHz和1.52GHz两个谐振频率的可重构，天线方向特性以及辐射效率均满足设计要求。
硅基SPiN二极管作为固态等离子体可重构天线基本辐射单元，在实现等离子体天线辐射、传输以及接收电磁波方面起着至关重要的作用。本论文重点分析了SOI横向SPiN二极管等离子体关键微波参数随载流子浓度及其分布的变化规律，设计并优化了SPiN二极管以及硅基高集成可重构天线的关键制备工艺，制备了多种硅基高集成可重构天线。主要研究工作及成果为：
1.SPiN二极管工作机制及等离子体特性研究。研究了SPiN二极管的结构模型与工作机制、正向导通情况下载流子输运机制、固态等离子体理论以及等离子体微波特性，建立了二极管本征区内载流子浓度及其分布模型，通过二极管结构尺寸参数以及理论模型的优化，得到了具有高浓度载流子的等离子体器件，为硅基固态等离子体天线的研究提供了理论基础。
2.SPiN二极管的制备与正向特性的研究。在SPiN二极管理论模型分析与结构尺寸优化的基础上，提出了一种新型的SPiN二极管制备工艺，利用SOI技术、深槽隔离技术、离子注入等半导体工艺，制备了多种具有不同本征区尺寸的SPiN二极管单元以及阵列。通过分析比较不同的二极管测试结果，得到了一种适合于制备固态等离子体可重构天线的最优SOI横向SPiN二极管尺寸，本征区内部平均载流子浓度超过了1018cm-3，验证了制备工艺的可行性。
3.固态等离子体单极子可重构天线研究。基于天线电磁理论模型分析设计了一种硅基金属单极子频率可重构天线，结合优化后的现代半导体工艺，制备了相应的单极子天线样品，得到了3.73GHz和3.85GHz两个频率的可重构模式，金属单极子天线其他辐射性能参数也达到了设计要求，仿真与测试结果基本吻合，为固态等离子体可重构天线结构的优化设计奠定了坚实的理论与实践基础。在此基础上，设计了一种基于优化SPiN二极管的固态等离子体单极子频率可重构天线，实现了3.15GHz和3.45GHz两种谐振频率的重构模式，天线同时具有优良的辐射性能参数，验证了固态等离子体天线理论的正确性以及天线的可重构性。
4.基于滤波器的单极子可重构天线研究。为了进一步提高硅基天线系统的集成度，通过理论分析与参数优化，研究了一种适用于硅基频率可重构单极子天线的微带带阻滤波器，滤波器阻带可很好的应用于天线工作频段内。同时，为了验证硅基固态等离子体天线的可行性，设计并制备了一种基于优化带阻滤波器的硅基金属单极子天线，得到了3.23GHz和4.48GHz两个谐振频率的重构模式，其他辐射性能参数也符合设计要求，验证了等离子体天线设计的有效性。此外，基于带阻滤波器优化参数以及金属单极子天线实验结果，设计了一种基于SPiN二极管的硅基固态等离子体频率可重构单极子天线，得到了可动态重构的等离子体单极子天线辐射性能，为等离子体可重构天线集成度的研究提供了理论与实践基础。
5.基于SPiN二极管的偶极子可重构天线研究。为了验证固态等离子体可重构天线设计的多样性，设计并制备了一种硅基金属偶极子可重构天线，仿真以及测试结果表明所设计偶极子天线实现了1.33GHz和1.65GHz两个频率的可重构，天线方向图以及其他辐射性能参数良好。同时，设计了一种基于SPiN二极管的固态等离子体偶极子可重构天线，二极管作为天线基本辐射单元，有效的实现了偶极子天线的动态可重构能力以及隐身性能。研究结果表明，所设计偶极子天线实现了1.23GHz和1.52GHz两个谐振频率的可重构，天线方向特性以及辐射效率均满足设计要求。