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近年来太赫兹技术在军事保密通信、高分辨率成像、高精度无损探测等多个重要领域的应用备受关注,太赫兹系统应用的高增长极大的刺激了高性能太赫兹器件与电路的需求。太赫兹固态技术是实现高频率、高集成度、高可靠性系统的重要基础,半导体器件是太赫兹固态技术得以快速发展的关键因素,其中以磷化铟双异质结双极性晶体管（InP DHBT）最具有代表性:InP DHBT具有优异的高频特性及功率特性,是目前太赫兹固态技术领域最为理想的半导体器件之一。但由于国内起步稍晚,太赫兹InP固态技术的发展面临着先进半导体制备工艺缺失、半导体在片测试精度差、器件模型表征不准确、电路设计技术不完善等重要问题。因此,本文立足于解决太赫兹高性能器件与电路研制面临的关键难题,对太赫兹片上传输线、在片测试校准技术、InP DHBT建模、太赫兹单片集成电路设计、单片集成电路封装及太赫兹系统应用等关键技术展开了研究工作与试验验证,主要研究内容如下:（1）太赫兹InP DHBT片上传输线研究。一方面,利用传输线分布参数模型分析并对比了基于InP DHBT工艺的薄膜微带线、共面波导、接地共面波导三种片上传输线的传输特性。另一方面,针对片上传输线在太赫兹频段衬底损耗激增、串扰大的问题,设计了一款新型太赫兹人工表面等离激元片上传输线,建立了人工表面等离激元传输线在0.01-1 THz频段内的等效电路模型。结合人工表面等离激元的电磁场强束缚特性,探讨了该传输结构在低串扰方向的应用,设计了一款差分人工表面等离激元传输线。（2）太赫兹在片测试校准技术研究。针对太赫兹频段在片测试受寄生效应影响大的问题,研究了片内校准和片外校准+去嵌两种校准方式应用于InP DHBT在片测试校准中的可行性与有效性。基于T矩阵与8项误差模型提出了TRL-EMDOS片内校准方法,该方法在TRL片内校准的基础上,利用viaopen-viashort-fullopenfullshort四个辅助结构的三维电磁仿真结果与集总元件对应关系,实现了InP DHBT器件互连通孔及电极金属寄生效应的准确剥离,进一步提升了在片测试的片内校准精度。在LRRM片外校准技术的基础上,提出了一种Double L-2L去嵌技术,该技术通过引入三维互连传输线直通结构（Via TL1与Via TL2）,实现了在片测试夹具与互连通孔寄生效应的准确剥离,克服了传统L-2L技术在太赫兹频段应用的局限性,简化了在片测试的校准流程。（3）InP DHBT器件建模。针对外围寄生效应影响模型精度的问题,建立了一种适用于太赫兹频段的分布式InP DHBT小信号模型。该模型对外围寄生参数进行了详细的研究,考虑了趋肤效应对寄生参数的影响,通过三维电磁仿真方法并对互连通孔与电极间的寄生效应进行了准确表征与提取,优化了小信号模型本征参数提取流程,提高了小信号模型的精度。在非线性模型研究方面,针对InP DHBT自热效应与色散效应影响模型精度的问题,建立了一种考虑器件色散效应与自热效应的非线性模型,通过引入色散网络解决了直流跨导与射频跨导不一致的问题;基于有限元分析方法建立了InP DHBT器件三维热仿真模型,研究了器件温度分布,提取了器件非线性热阻。（4）太赫兹InP DHBT单片集成电路设计。针对太赫兹单片集成电路仿真精度差、效率低的问题,建立了一种整体优化仿真方法,通过阻抗自适应级间匹配技术解决了级间匹配电路复杂、损耗大的问题。针对两个重要大气窗口（220 GHz与300GHz）设计了五款放大器单片,包括两款220 GHz小信号放大器、一款220 GHz功率放大器、两款300 GHz功率放大器。其中,两款小信号放大器在220 GHz处的小信号增益分别是6 d B、8.6 d B,220 GHz功率放大器在220 GHz处的小信号增益为12.8 d B,最大输出功率为9.8 d Bm。提出了一种增益增强型倍频结构,设计了一款220 GHz增益增强型三倍频器,该电路在246 GHz处的最大输出功率为-3.1d Bm,变频损耗为9.6 d B,基波抑制度优于15 d Bc,与单端倍频器相比,增益增强型三倍频器的变频损耗降低了2 d B,谐波抑制度提升了5 d B。最后设计了一种用于太赫兹单片集成电路封装的片上集成偶极子天线过渡结构,测试结果显示该结构在210-230 GHz内的插入损耗优于1 d B。（5）太赫兹无线通信前端系统验证。建立了一种16QAM高阶数字调制+太赫兹超外差无线收发前端的无线通信总体构架,研究了太赫兹收发前端关键电路包括本振链路、次谐波混频器、滤波器、低噪声放大器模块的设计方法,初步开展了太赫兹无线通信系统实验研究,搭建的无线通信系统在216 GHz实现了7 m距离上的室内高速无线通信,传输速率为45 Gbps。