太赫兹波的特殊位置赋予了其诸多区别于其他频段电磁波的特有性质,在物质鉴别、安全检查、无损探伤、生物医学、雷达与通信等领域均有着极其重要的应用前景,尤其是随着太赫兹波产生和探测技术的成熟,太赫兹技术研究近年来已受到各行业广泛的关注。然而由于缺乏可有效响应太赫兹辐射的天然材料,太赫兹波段可调器件的研究相对滞后,已然成为了当前太赫兹技术实用化进程的主要障碍。尽管当前已有众多新材料、新结构和新方法被用于提升器件性能,但是如何实现效率高、损耗低、速度快、工作带宽大且制备容易、成本低的高性能太赫兹调制器仍是目前亟待解决的关键难题。为此,本文围绕太赫兹波与表界面增强半导体的相互作用机理和效应,开展了基于载流子浓度调制技术实现太赫兹波幅度调控的相关理论、材料、器件和应用研究。1)本文从半导体内载流子浓度的一般动力学方程出发,探索了全光半导体基太赫兹空间调制器实现机制,并结合Drude模型和Fresnel传输矩阵理论建立了相应的理论模型,系统地仿真分析了不同器件参数包括半导体层厚度、载流子寿命、激励激光波长以及激光反射率等对调制性能的影响;从理论计算上证明了长的载流子有效寿命对调制性能增强起到的决定性影响,明确提出了采用延长载流子有效寿命和抑制激光反射率来改善器件调制性能的设计思路,并为深入探索异质薄膜-半导体基复合结构调制性能增强的原因提供了理论依据。2)本文创新性地提出了异质薄膜-半导体复合结构太赫兹调制增强的表面钝化机理,认为这种增强效应的本质在于由异质薄膜对硅基质表面的钝化作用引起的载流子复合率降低和有效寿命延长;为此,设计并制备了基于Si Nx单层和Si Nx/Si O2叠层钝化的两种硅基太赫兹空间调制器（Si Nx-Si和Si Nx/Si O2-Si）,实验研究了不同异质薄膜对器件特性和调制性能的影响。通过精确控制异质薄膜厚度,该复合结构不仅延长了载流子有效寿命,还几乎完全抑制了泵浦激光反射,两者相互协同显著提升了器件调制效率,尤其是Si Nx/Si O2-Si,它在～0.7 W/cm~2低光注入强度下即可实现近完美（～97%）的均匀宽带（0.2 THz～1.0 THz）调制。该结果证实了表面钝化效应在半导体基太赫兹调制器中的性能增强作用,为不同异质薄膜-半导体复合结构中太赫兹波调制的增强机制提供了一种普适、通用的解释。3)为了克服硅基调制器界面折射率突变导致的器件插入损耗大、泵浦光利用率低等问题,设计了一种硅基同质微米结构和异质纳米钝化层相结合的微纳复合结构。联合传统光刻和各向异性湿法刻蚀技术在硅衬底一个表面雕刻亚波长尺寸截顶金字塔阵列,形成有效折射率连续变化的非均匀介质防反射结构作为太赫兹波入射面以增强零级衍射、提高太赫兹波透过率;同时,利用PECVD法在其另一表面制备了Si Nx/Si O2异质纳米结构作为泵浦面以抑制激光反射、增强调制性能。结果表明:该基于微纳复合结构的调制器对0.3 THz～1.0 THz宽带入射波的损耗降低了0.51 d B,同时实现了＞90%的宽带调制;特别地,它对0.84 THz～0.91 THz子频段内入射波透射率更高（79%）、损耗更低（1 d B）、调制深度还更大（95%）。这种低损耗、大调制深度的空间调制器在当前太赫兹源输出功率有限的现状下具有重要应用价值,而其低反射特性也有利于降低太赫兹系统内噪声和电磁干扰,提高系统稳定性和可靠性。4)针对半导体硅/锗载流子寿命较长导致器件调制速度有限的问题,提出利用载流子体寿命低至ns甚至ps量级的直接带隙半导体砷化镓开展太赫兹调制技术研究,同时结合硫化学钝化克服砷化镓基调控器件对强激光源的依赖,制备并实现了与硅/锗基同类器件调制深度相当（～95%）、但响应速度更快（69 MHz）的高速空间太赫兹调制器。该研究一定程度上解决了当前半导体基全光太赫兹空间调制器中调制深度与调制速率之间相互制约的技术瓶颈,在两者之间达到了一种平衡,为实现高效率、快速响应的太赫兹调制提供了一种新的设计思路。5)作为一种拓展,本文也探索了一种柔性太赫兹调控器件实现技术。以石墨烯、离子胶、PET等柔性材料分别作调制层、栅介质层和衬底,构建了基于GFET调制结构的多个柔性太赫兹调制器:利用高κ介质DMSO的介电屏蔽效应改善石墨烯质量,将其本征调制深度提高了～2倍;通过简单堆叠两个相同调制结构获得了高达～70%的柔性太赫兹调制;通过精致匹配有、无DMSO的两种不同调制结构实现了4阶幅移键控（4-ASK）多电平柔性太赫兹调制器,证明了该调制结构作为基本元件构建新型高性能、复杂多功能柔性太赫兹器件的可行性。