毫米波器件发展现状及石墨烯毫米波器件优势

通常，把30~300GHZ的频域称为近毫米波，把100~1000GHZ的频域称为远毫米波，把300~3000GHZ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。

2002年美国Triquint公司采用0.15um GaAs PHEMT工艺推出了两款8mm低噪声放大器——TGA4507和TGA4508。其中，TGA4507的工作频率为28～36GHz、增益为22dB、噪声系数为2.3dB；TGA4508的工作频率为30～42GHz、增益为21dB、噪声系数为2.8dB。

Hittite公司代销了NGST的两款低噪声芯片HMC-ALH369、HMC-ALH376，两款芯片均为GaAs HEMT工艺，其中ALH369工作频率为24～40GHz、增益大于18dB、噪声系数小于2.0dB；ALH376的工作频率为35～45GHz、增益大于12dB、噪声系数小于2.0dB。

2008年，美国mimix-broadband公司也发布了一款Q波段GaAs LNA芯片XB1005-BD，工作频率为35～45GHz、增益为大于20dB、典型噪声指数为2.7dB左右。

2008年Triquint公司基于0.15um GaAs PHEMT工艺设计了V波段低噪声放大器，其工作频率为57～65GHz、增益为13dB、噪声指数为4dB。

目前大多数GaN HEMT研究针对的频段为S波段和X波段，在S波段主要用于移动通信基站，在X波段主要有电子对抗、相控阵雷达等军事应用。越来越多的GaN HEMT研究将工作频率扩展到Ka波段（26-40GHz）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Ka以上波段的GaN HEMT栅长一般小于300nm，甚至要达到100nm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。

MOCVD GaN HEMT在40GHz的微波功率测试结果

加入In0.1Ga0.9N背势垒层的GaN HEMT导带示意图