近年来,随着环境中射频能量的日益增多以及电子产品低功耗技术的发展,由于环境中射频能量主要以2.45 GHz的Wi-Fi频段为主,属于弱能量密度的范畴。其中微波无线能量传输（MWPT）作为一种利用环境中的射频能量实现能量传输的技术,其能量传输效率的大小,将有利于实现电子产品的低功耗。研究表明,MWPT的传输效率主要由接收天线经整流电路完成RF-DC能量转换的整流效率决定。其中,整流器件作为整流电路实现整流的关键,对于整流效率的大小起决定性作用。有鉴于此,本课题针对目前在2.45 GHz弱能量密度下,整流电路的整流效率较低的问题,以优化整流器件结构为主,从半导体材料设计的角度出发,分析整流器件结构参数对于整流效率的影响,并采用Silvaco器件仿真软件,设计适用于弱能量密度下高整流效率的整流器件结构,进而搭建整流电路完成整流效率的计算。本文的研究工作如下:1、基于第一性原理方法,计算GePb合金半导体在不同Pb组分下的能带结构,并在此基础上,结合导带底的能带,分析GePb合金在不同Pb组分下的电子有效质量以及散射概率,完成相应的电子迁移率的计算。结果表明,GePb合金半导体的禁带宽度随Pb组分的增大而降低,且在Pb组分为3%时,GePb合金由间接带隙变为直接带隙,电子迁移率达到9100 m~2/V·s,较之纯Ge提升了1-2倍。2、提出并设计了一种DR-GePb/Ti体系的肖特基二极管（SBD）,对其建立导通电压模型与整流效率模型。分析得到,更大的SBD反向饱和电流与理想因子可降低器件导通电压,更低的串联电阻与结电容可提升其在整流电路中的整流效率。据此,本文拟采用高迁移率的直接带隙GePb（DR-GePb）降低器件串联电阻,并采用低势垒高度的DR-GePb/Ti作为金半接触面的材料来提升SBD的反向饱和电流。使用Silvaco器件仿真工具完成器件结构参数的优化以及电学特性分析,得到DR-GePb/Ti体系的SBD具备更低的结电容,可进一步提升其在整流电路中的整流效率。采用Model Editor提取SBD的SPICE参数并放入ADS软件搭建的整流电路模型中,完成阻抗匹配。结果表明,该器件在2.45 GHz,功率密度为-20 d Bm的条件下,具有18.2%的整流效率,较之传统Ge SBD提升了3倍左右。3、设计了以DR-GePb为量子阱沟道材料的N-MOSFET器件,对其建立器件结构模型与阈值电压模型,通过求解其在不同界面处的Poisson方程,得到该器件的阈值电压与掺杂层厚度、沟道界面处的导带底差值、Ge帽层的厚度以及栅氧化层的材料有关。进而采用Silvaco器件仿真工具搭建器件模型,完成材料优化以及结构参数优化,并将优化后的MOS器件以二极管的方式连接至Mixed Mode模块搭建的半波整流电路中。结果表明,本文设计的DR-GePb量子阱N-MOSFET器件在2.45 GHz,功率密度为-10d Bm的条件下,具有19.28%的整流效率,而传统Si-NMOS仅为8.5%。综上所述,本文通过对整流器件进行优化设计,在2.45GHz弱能量密度下,其整流效率相较于传统整流器件而言均有一定的提升。本文所采用的优化整流器件的方式,有望在解决Wi-Fi频段弱能量密度下的无线能量传输效率低的问题时提供一定的参考价值。