2009年，意大利的科研人員成功地用石墨烯制造了首枚包含兩個晶體管的集成電路，它擁有簡單的計算能力，標制著碳基電子學時代的到來。這枚只有兩個晶體管的集成電路雖然很小，卻是向制造碳基高性能電子器件邁出的重要一步。

在2010年2月出版的《Science》雜志上，IBM的研究人員展示了一種由SiC單晶襯底上生長石墨烯材料制作而成的場效應晶體管（FET），其截止頻率可達100 GHz，這是運行速度最快的射頻石墨烯晶體管。這一成就是美國國防部高級研究計劃局(DARPA)“碳電子射頻應用項目” (CERA)取得的重大進展，為研發下一代通信設備鋪平了道路。研究人員通過使用與現行的先進硅器件制造技術相兼容的加工技術制成了晶圓規模、外延生長的石墨烯，從而達成了此高頻記錄。

2010年6月，石墨烯FET突破上次記錄。來自IBM公司的Ph.Avouris， 林育明等人運用SiC高溫升華法，把2英寸4H-SiC Si面襯底在1450℃下高溫退火，制得大部分由單層石墨烯覆蓋的2英寸片。經氧等離子體刻蝕形成溝道區，熱蒸發源漏金屬電極，ALD方法制備柵電介質，最終制備出柵長為90nm，截止頻率f_T達到170GHz的FET器件。

2011年6月10日，IBM 的研究人員在《Science》上發表了晶圓級石墨烯集成電路的最新結果，將石墨烯場效應晶體管和電感單片集成在SiC襯底上，研制出最高可工作到10GHz的寬帶混頻器集成電路，如下圖所示。

IBM最新研制的石墨烯混頻器照片

科學家們認為，這項突破可能預示著，未來可用石墨烯圓片來替代硅晶片，相關研究發表在最新一期《Science》雜志上。該集成電路建立在一塊SiC上，并且由一些石墨烯場效應晶體管組成。去年，IBM公司托馬斯·沃森研究中心科學家林育明領導的團隊展示了首塊基于石墨烯的晶體管，其能在100 GHz的頻率上運行，但這次，該團隊將其整合進一塊完整的集成電路中。按照美國電氣與電子工程師學會（IEEE）出版的《IEEE波普》雜志的解釋，這塊集成電路是一個寬頻無線電頻率混頻器，該集成電路通過找出兩個輸入頻率的和與差來輸出新的無線電信號。科學家們表示，最新的石墨烯集成電路混頻最多可達10GHz，而且其可以承受125℃的高溫。

正如IBM 公司負責科研的副總裁陳自強博士表示，石墨烯的一大優勢在于其中的電子可實現極高速的傳輸，這對于下一代高速、高性能晶體管的研發來說是至關重要的。上述一系列技術突破清楚地表明了石墨烯在高性能器件和集成電路方面的巨大應用前景。

美國已經把石墨烯定位于最可能取代Si材料的下一代半導體材料，軍方、企業界、大學都花了很大的人力、財力、物力進行石墨烯材料和器件的研究。DAPRA統籌規劃，從石墨烯材料制備、器件工藝、電路等方向齊頭并進，最終制作出W波段的低噪聲放大器。

能夠放大微波射頻信號的元件有很多，速調管和行波管專門用于高功率場合下放大微波射頻信號，而且噪聲很高；參量放大器可用于低噪聲放大，但是帶寬較窄；利用半導體材料的雪崩效應工作的雪崩二極管，因為其噪聲較大多數用作負載功率放大器；另外，還有隧道二極管、體效應二極管等微波固體器件，但前者承受信號功率小，易于燒毀而應用很少，而后者工作電壓低、調頻噪聲小而多用于振蕩器。量子放大器的噪聲系數最好，但是它龐大而且昂貴。

到上世紀四十年代微波晶體管的問世，由于其體積小、重量輕使得其成為微波固體器件的一個重要分支。到了六十年代中期，由于平面外延工藝的發展，雙極晶體管能夠應用于微波射頻波段。而且，隨著半導體材料和工藝的迅速發展，場效應晶體管緊接著也應用于微波射頻頻段。微波晶體管放大器具有寬頻帶、穩定性好、噪聲性能好、動態范圍大等優點。

射頻低噪聲放大器的設計過程是一個多個性能指標參數折中的過程，它的性能參數包括工作頻率、功率增益、噪聲系數、輸入輸出匹配、線性度和直流功耗以及穩定性等。隨著CMOS工藝水平的不斷提高，設計方法的不斷進步，CMOS射頻低噪聲放大器的性能越來越高。當然，現代無線通信系統對LNA的要求也越來越高，這必然也推動著人們不斷去研究探索出新的性能更完善的LNA。

在低噪聲放大器的設計過程中，我們通常都有好幾個目標，比如要使噪聲盡可能地小，提供足夠增益的同時要有足夠的線性度，以及要能提供一個穩定的50Ω輸入阻抗，當然在便攜設備中還有一個要求就是功耗要盡可能地低。當低噪聲放大器前面有一個預選濾波器時，有一個性能好的輸入匹配是非常重要的，因為這種濾波器對終端阻抗的質量是非常敏感的。在設計者頭腦中有一個這樣的概念后，我們首先考慮的就是能夠提供一個穩定的輸入阻抗，因此出現了各種輸入結構，歸納起來可以分為四種，如圖1.1所示。這里的每一種結構或者以單端形式出現，或者以差分形式出現。

幾種常見的LNA結構

上圖(a)所示電路，在柵極并聯一個匹配電阻（在窄帶應用中，為實現調諧還可以在MOSFET柵極并聯一個到地的電感），雖然可以實現共軛匹配，但是對放大器的噪聲系數影響很大，不適合于要求低噪聲系數的場合。上圖(b)所示共柵極電路，它可以在低電壓下工作，其輸入電阻就是其跨導的倒數，我們可以選擇合適的器件尺寸和改變其偏置實現阻抗匹配，它不必外接元件也能夠達到50Ω的輸入電阻，但是它的噪聲性能不好，其理論最小噪聲系數為2.2dB，不適合用在對噪聲系數要求高的場合。上圖(c)所示電路，它是一個跨阻放大器，在寬帶放大器中用的比較多。上圖(d)所示是源極電感負反饋電路，是目前低噪聲放大器當中用的最為廣泛的一種結構，它通過源極電感來產生輸入阻抗的實部，由于它產生的這個實部不是實電阻，因而這種結構的噪聲系數比較小。

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