毫米波器件發(fā)展現(xiàn)狀及石墨烯毫米波器件優(yōu)勢(shì)

通常，把30~300GHZ的頻域稱為近毫米波，把100~1000GHZ的頻域稱為遠(yuǎn)毫米波，把300~3000GHZ的頻域稱為亞毫米波。這段電磁頻譜與微波相比具有以下特點(diǎn)：頻帶極寬、波束窄、方向性好，有極高的分辨率；有較寬的多普勒帶寬，可提高測(cè)量精度。它與激光和紅外波段相比，具有穿透煙霧、塵埃的能力，基本上可全天候工作。由于有以上的特點(diǎn)，毫米波技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，在雷達(dá)、通信、精密制導(dǎo)等軍事武器上發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。因此，近十幾年毫米波技術(shù)的發(fā)展十分迅速，已進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。

發(fā)展毫米波器件一直是發(fā)展毫米波技術(shù)的先導(dǎo)，研制寬帶、低噪聲、大功率、高效率、高可靠、長(zhǎng)壽命、多功能的毫米波器件是該技術(shù)的關(guān)鍵。

2002年美國(guó)Triquint公司采用0.15um GaAs PHEMT工藝推出了兩款8mm低噪聲放大器——TGA4507和TGA4508。其中，TGA4507的工作頻率為28～36GHz、增益為22dB、噪聲系數(shù)為2.3dB；TGA4508的工作頻率為30～42GHz、增益為21dB、噪聲系數(shù)為2.8dB。

Hittite公司代銷了NGST的兩款低噪聲芯片HMC-ALH369、HMC-ALH376，兩款芯片均為GaAs HEMT工藝，其中ALH369工作頻率為24～40GHz、增益大于18dB、噪聲系數(shù)小于2.0dB；ALH376的工作頻率為35～45GHz、增益大于12dB、噪聲系數(shù)小于2.0dB。

2008年，美國(guó)mimix-broadband公司也發(fā)布了一款Q波段GaAs LNA芯片XB1005-BD，工作頻率為35～45GHz、增益為大于20dB、典型噪聲指數(shù)為2.7dB左右。

2008年Triquint公司基于0.15um GaAs PHEMT工藝設(shè)計(jì)了V波段低噪聲放大器，其工作頻率為57～65GHz、增益為13dB、噪聲指數(shù)為4dB。

目前大多數(shù)GaN HEMT研究針對(duì)的頻段為S波段和X波段，在S波段主要用于移動(dòng)通信基站，在X波段主要有電子對(duì)抗、相控陣?yán)走_(dá)等軍事應(yīng)用。越來(lái)越多的GaN HEMT研究將工作頻率擴(kuò)展到Ka波段（26-40GHz）甚至毫米波段，目標(biāo)是取代行波管放大器應(yīng)用于雷達(dá)以及衛(wèi)星和寬帶無(wú)線通訊。工作頻率的提高要求器件的柵長(zhǎng)不斷縮小，對(duì)于Ka以上波段的GaN HEMT柵長(zhǎng)一般小于300nm，甚至要達(dá)到100nm左右。柵長(zhǎng)的縮短一方面增加了工藝難度，更為重要的是短溝道效應(yīng)的抑制對(duì)器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。

MOCVD GaN HEMT在40GHz的微波功率測(cè)試結(jié)果

加入In0.1Ga0.9N背勢(shì)壘層的GaN HEMT導(dǎo)帶示意圖