石墨烯毫米波器件探讨

石墨烯毫米波器件探讨对于毫米波，大家或多或少有所耳闻，如毫米波、毫米波通信、毫米波雷达等专业术语。在本文中，主要将对毫米波器件的发展现状以及石墨烯毫米波器件的优势加以探讨。如果你对这两大部分内容存在一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。通常，把的频域称为近毫米波，把的频域称为远毫米波，把的频域称为亚毫米波。这段电磁频谱与微波相比具有以下特点：频带极宽、波束窄、方向性好，有极高的分辨率有较宽的多普勒带宽，可提高测量精度。它与激光和红外波段相比，具有穿透烟雾、尘埃的能力，基本上可全天候工作。由于有以上的特点，毫米波技术的应用范围极广，在雷达、通信、精密制导等军事武器上发挥着越来越重要的作用。因此，近十几年毫米波技术的发展十分迅速，已进入了蓬勃发展的新时代。发展毫米波器件一直是发展毫米波技术的先导，研制宽带、低噪声、大功率、高效率、高可靠、长寿命、多功能的毫米波器件是该技术的关键。年美国 公司采用 工艺推出了两款低噪声放大器—— 和 5具中， 的工作频率为~ 、增益为 、噪声系数为 的工作频率为 ~、增益为、噪声系数为 。公司代销了的两款低噪声芯片,两款芯片均为匚艺，其中工作频率为公司代销了的两款低噪声芯片,两款芯片均为匚艺，其中工作频率为、增益大于 、噪声系数小于的工作频率为、增益大于 、噪声系数小于的工作频率为、增益大于 、噪声系数小于年，美国 公司也发布了一款波段芯片 ，工作频率为~ 、增益为大于 、典型噪声指数为 左右。年 公司基于 工艺设计了波段低噪声放大器，其工作频率为~ 、增益为 d噪声指数为 。目前大多数 研究针对的频段为波段和波段，在波段主要用于移动通信基站，在波段主要有电子对抗、相控阵雷达等军事应用。越来越多的 研究将工作频率扩展到波段 甚至毫米波段，目标是取代行波管放大器应用于雷达以及卫星和宽带无线通讯。工作频率的提高要求器件的栅长不断缩小，对于以上波段的 栅长一般小于,甚至要达到 左右。栅长的缩短一方面增加了工艺难度，更为重要的是短沟道效应的抑制对器件结构的设计提出了新的挑战。f=40GHzf=40GHz的微波功率测试结果130A鱼匕游息日凸崎时

(after120Arecess)StandardHEWfeTihGsN HEMT♦130A鱼匕游息日凸崎时

(after120Arecess)StandardHEWfeTihGsN HEMT♦・・■・1。AI力D[G就b屯N110AGaNTOC\o"1-5"\h\z0 10 20 30 40 50Thickness加入 背势垒层的 导带示意图等人研制了栅长为 器件，所用 外延材料的二维电子气浓度为 ，迁移率 ，外延材料的二维电子气浓度为 ，迁移率 。器件的最大电流为 ，最大跨导 ，击穿电压大于， ， 。 在的微波功率测试结果显示，漏电压为 时，最大输出功率密度为 ，为％ 也显示了很好的微波功率结果，在 漏电压为时，最大输出功率密度为 ，为。但是，较低的和 限制了器件的增益，只有 。钝化介质的寄生参数和短沟道效应是导致器件频率特性不太理想主要原因。去除钝化介质后，器件的 提高到，提高到 。器件的栅长过短使得栅对二维电子气的束缚减弱，调制效率降低。短沟道效应导致器件出现软夹断、夹断电压漂移、夹断电流高以及输出阻抗增加等问题。在沟道中加入禁带较窄的材料如 ，形成双异质结结构，可以加强对二维电子气的束缚。但是沟道中 的加入降低了器件的击穿电压，因而降低了器件的输出功率。为了在加强对二维电子气的束缚的同时不降低击穿电压，等人将厚的 加入到 缓冲层和 沟道之间。如上图所示，的 背势垒层造成沟道和缓冲层之间 的导带不连续，因此加强了对二维电子气的束缚。栅长为 的 跨导曲线随漏电压的变化普通 的跨导特性随漏电压的增大不断退化，夹断电压从漏电压时的减小到时的以下，而且夹断特性明显变差而对于带 背势垒层的 ，夹断电压在相同条件下只是从减小，在漏电压为 时夹断特性仍然非常好。器件的频率特性也得到了相应的改善，其中 提高了 。在去除钝化介质后， 栅长带背势垒层的 最高达 ， 最高达 。功率测试表明，功率密度虽然没有明显提高/但 从 提高到 。最近，西方发达国家特别是美国在继续提升器件高频特性，不断优化制作工艺的同时，也逐步开展了 单片集成电路的研究，研发了多款波段单片集成电路取得了 方面的绝对优势，众多产品已经实现了装备化，这种领先的电子装备不但使他们的军事实力大大增强，而且在未来的外太空探索和宇宙开发中占得先机。美国休斯公司采用 工艺研发了一款波段低噪声放大器。其中，工作频率为 ~ 、增益大于 、噪声系数小于 。在应用用领域，公司和 公司是美国具有代表性的两家毫米波系统应用公司， 公司目前有两款通用型波段低噪声放大器和 ，增益分别为 和 左右，噪声系数分别为 和公司有多种波段低噪声放大器产品其噪声系数在左右，增益在 之间分布。石墨烯毫米波器件优势：由于电子在石墨烯中可不被散射而进行传输，用其制备的晶体管尺寸更小、速度更快，能耗更低，适于高性能、高集成度的系统级芯片 应用。石墨烯器件工艺与传统的 工艺兼容，是器件关键材料的更新换代的首选。专家预测石墨烯的研究成果将对高端军用系统的创新发展产生难以估量的冲击力，包括毫米波精