在過去的二十幾年，低噪聲技術有了長遠的發展。在80年代早期，低噪聲放大器的噪聲性能已經相當出色了，然而其體積重量都比較大，功耗也比較大。衛星地面終端對低噪聲、重量輕、低功耗以及高可靠性同時提出了要求，當時的低噪聲放大器還很難同時達到上述要求。隨著分子束外延(MBE)和金屬有機化合物化學汽相淀積(MOCVD)等晶體生長技術、“能帶工程”原理在器件設計中的成功應用，以及電路匹配技術，器件工藝技術的發展，人們開發了許多新型的半導體器件。除砷化鉀場效應晶體管(GaAs FET)外，其佼佼者有高電子遷移率晶體管(HEMT)和異質結雙極晶體管(HBT)。1981年法國Thomson-CSF公司研制成功第一個低噪聲HEMT，在10GHz下，NF為2.3dB，Ga為10.3dB。在之后的五年里，HEMT已取得了顯著的進展，成為公認的最適于毫米波應用的低噪聲器件之一。在60GHz下，用GaAs基的HEMT器件能夠達到N_F＝1.7dB，Ga＝7.6dB。InP-HEMT在1987年問世之后的幾年里，噪聲性能已提高到令人驚奇的程度，是目前毫米波高端應用最好的低噪聲器件。在60GHz下，InP-HEMT能夠達到N_F＝0.9dB，Ga＝8.6dB。目前，用HEMT制作的多級低噪聲放大器已廣泛用于衛星接收系統、電子系統及雷達系統。

微波電路是以微波混合集成電路(MIC)的形式出現的，它是把微波無源元件制作在塑料、陶瓷、藍寶石等介質基片上。再把微波半導體器件裝配(焊接)在基片上。1989年，由混合微波集成電路技術制成的三階InP基放大器在60-65GHz頻段內，已達到噪聲系數3.0dB，其相關增益為22dB。三年以后，使用0.1μm InP基HEMT制成的三階放大器在60GHz下已達到1.6dB的噪聲系數，其相關增益16dB。

高電子遷移率晶體管及異質結雙極晶體管的出現和GaAs工藝的成熟，給微波單片集成電路(MMIC)的發展奠定了基礎。在MMIC中，通常由各種器件、集總參數元件和分布參數元件按照一定的電路拓撲排列而構成。從電路的結構上來看，這和混合微波集成電路有著很多相似的方面，兩者既有聯系又有區別。在MMIC中的元件包括有源元件和無源元件兩類。主要是利用MESFET或HEMT作為有源元件。無源元件除了各種形狀的傳輸線構成的分布參數元件外，一些集總元件也經常使用。

進入90年代，隨著晶體材料技術和微細加工技術的發展，毫米波MMIC進入實用化階段。MMIC開始主要應用于軍用系統，90年代以來，MMIC在商用產品中開拓了廣闊的市場。這主要是商用無線通信市場，如低軌道衛星移動通信、環球定位衛星系統等。

國內研究發展情況

我國的相關科研單位如中科院、中國電科及部分高等院校也積極開展了石墨烯的研究，包括石墨烯的理論研究、材料制備、測試以及器件制作等。

中科院物理研究所王恩哥等采用剝離-再嵌入-擴張的方法成功地制備了高質量石墨烯。電學測量表明，所制備的石墨烯在室溫和低溫下都具有高的電導，比通常用還原氧化石墨方法獲得的石墨烯的電導高2個數量級。中國科學院化學所的研究人員探索了一種以圖案化的金屬層作為催化劑制備圖案化石墨烯的方法，并成功地將其應用于有機場效應晶體管。研究結果表明，石墨烯是一種性能優異的有機場效應晶體管電極材料。低的載流子注入勢壘和良好的電極半導體接觸是器件具有高性能的主要原因。這一研究進展為有機場效應晶體管和石墨烯的發展奠定了良好的基礎。中科院數學與系統科學研究院明平兵研究員及合作者劉芳、李巨的計算結果預測了石墨烯的理想強度。

有機固體院重點實驗室研究人員在化學氣相沉積法制備石墨烯的過程中通入氨氣作為氮源，得到了氮摻雜石墨烯樣品，并對其電學性質進行了研究，發現氮摻雜石墨烯顯示出n 型導電特征，和理論研究的結果相吻合。

中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室先進碳材料研究部研究員成會明、任文才研究小組在石墨烯的控制制備、結構表征與物性的研究方面取得了一系列新的進展。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室的高鴻鈞研究組成功制備了毫米級高度有序的、連續的、單晶的石墨烯。主要是通過優化生長條件獲得了理想的毫米級外延石墨烯二維單晶材料，并以詳盡的實驗與理論研究對此進行了證實。

中科院微電子所微波器件與電路研究室金智研究員領導課題組采用微機械剝離的方法成功制作出1000μm²以上不同層厚的石墨烯材料，并研制出背柵型結構石墨烯場效應晶體管。

山東大學已成功在2英寸SiC襯底上制備出大面積的石墨烯，由AFM圖可看到明顯石墨烯梯田結構。另外，山東大學在激光調制方面利用石墨烯做了大量研究工作，獲得了良好的實驗結果。將SiC上生長的石墨烯材料用于Nd:LuVO₄激光的被動調Q，在16W的泵浦功率下獲得的最大平均輸出功率、脈沖重復頻率、脈寬分別為474mW，795KHz和56.2ns。分別如下圖所示。

石墨烯的AFM像

輸入輸出功率曲線 輸入功率-脈寬頻率曲線

五十五所在MOSFET器件和電路方面開展了相關研究，具備了一定的技術基礎。

國內外對比分析

由于國內研究起步較晚，雖然在石墨烯的研究方面也取得了一定的成績，但是目前國內石墨烯及器件技術同國外，特別是同美國相比有較大差距。主要表現在以下幾個方面：
（1） 石墨烯只限于小面積生長，目前主要集中于厘米量級的石墨烯制備，厚度均勻性、可生產性和重復性較差。
（2） 理論與實際工作差異較大。超高真空和一定壓力下，生長模型未能完全確立，國際上理論模擬結果與實驗結果相差較大，尚不能為材料的實驗工作提供正確的理論指導，在本項目的器件研制中，將進行器件建模并應用到實際工作中，達到理論與實際的完美結合。
（3） 石墨烯材料用于制備電子器件禁帶寬度的引入和控制問題國外尚未定論。本項目將納入此研究內容，提高材料和器件性能。
（4） 石墨烯是新興二維材料，器件設計和工藝與傳統工藝有很大差異，如超薄層歐姆接觸、低損傷介質沉積、器件低開關比等。
（5） SiC襯底上的石墨烯場效應晶體管和電路研究國內目前尚未見報道。

期望通過本課題研究，在突破晶圓級石墨烯材料生長機理和關鍵技術的基礎上，實現石墨烯FET器件的制備，提高國內石墨烯材料和器件的研制水平，縮小與國外的差距。

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