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

Mishra等人研制了柵長(zhǎng)為160nm GaN HEMT器件，所用MOCVD外延材料的二維電子氣濃度為1.4×1013cm-2，遷移率1350cm2/Vs，MBE外延材料的二維電子氣濃度為1.0×1013cm-2，遷移率1500cm2/Vs。器件的最大電流為1200-1400mA/mm，最大跨導(dǎo)400-450mS/mm，擊穿電壓大于80V，fT 60-70GHz，fmax 85-100GHz。MOCVD GaN HEMT在40GHz的微波功率測(cè)試結(jié)果顯示，漏電壓為30V時(shí)，最大輸出功率密度為10.5W/mm，PAE為33%。MBE GaN HEMT也顯示了很好的微波功率結(jié)果，在40GHz漏電壓為30V時(shí)，最大輸出功率密度為8.6W/mm，PAE為29%。但是，較低的PAE和fmax限制了器件的增益，只有5-7dB。鈍化介質(zhì)的寄生參數(shù)和短溝道效應(yīng)是導(dǎo)致器件頻率特性不太理想主要原因。去除鈍化介質(zhì)后，器件的fT 提高到130GHz，fmax 提高到140-170GHz。

器件的柵長(zhǎng)過短使得柵對(duì)二維電子氣的束縛減弱，調(diào)制效率降低。短溝道效應(yīng)導(dǎo)致器件出現(xiàn)軟夾斷、夾斷電壓漂移、夾斷電流高以及輸出阻抗增加等問題。在溝道中加入禁帶較窄的材料如InGaN，形成雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，可以加強(qiáng)對(duì)二維電子氣的束縛。但是溝道中InGaN的加入降低了器件的擊穿電壓，因而降低了器件的輸出功率。為了在加強(qiáng)對(duì)二維電子氣的束縛的同時(shí)不降低擊穿電壓，Mishra等人將1nm厚的In0.1Ga0.9N加入到GaN緩沖層和GaN溝道之間。如上圖所示，1nm的In0.1Ga0.9N背勢(shì)壘層造成溝道和緩沖層之間0.2eV的導(dǎo)帶不連續(xù)，因此加強(qiáng)了對(duì)二維電子氣的束縛。柵長(zhǎng)為150nm的GaN HEMT跨導(dǎo)曲線隨漏電壓的變化，普通GaN HEMT的跨導(dǎo)特性隨漏電壓的增大不斷退化，夾斷電壓從漏電壓10V時(shí)的-5V減小到50V時(shí)的-8V以下，而且夾斷特性明顯變差；而對(duì)于帶InGaN背勢(shì)壘層的GaN HEMT，夾斷電壓在相同條件下只是從-3V減小-4V，在漏電壓為50V時(shí)夾斷特性仍然非常好。器件的頻率特性也得到了相應(yīng)的改善，其中fmax提高了18%。在去除鈍化介質(zhì)后，100nm柵長(zhǎng)帶InGaN背勢(shì)壘層的GaN HEMT fT最高達(dá)153GHz，fmax最高達(dá)230GHz。功率測(cè)試表明，功率密度雖然沒有明顯提高，但PAE從50%提高到64-69%。

最近，西方發(fā)達(dá)國(guó)家特別是美國(guó)在繼續(xù)提升器件高頻特性，不斷優(yōu)化制作工藝的同時(shí)，也逐步開展了InP PHEMT單片集成電路的研究，研發(fā)了多款Q波段單片集成電路；取得了InP MMIC方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，眾多產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了裝備化，這種領(lǐng)先的電子裝備不但使他們的軍事實(shí)力大大增強(qiáng)，而且在未來的外太空探索和宇宙開發(fā)中占得先機(jī)。美國(guó)休斯公司采用InP HEMT工藝研發(fā)了一款Q波段低噪聲放大器。其中，工作頻率為43.3～45.7GHz、增益大于20dB、噪聲系數(shù)小于2.0dB。

在應(yīng)用用領(lǐng)域，HXi公司和quinstar公司是美國(guó)具有代表性的兩家毫米波系統(tǒng)應(yīng)用公司，HXi公司目前有兩款通用型Q波段低噪聲放大器HLNAAK-066和HLNAB-282，增益分別為24dB和16dB左右，噪聲系數(shù)分別為4.0dB和5.5dB；quinstar公司有多種Q波段低噪聲放大器產(chǎn)品，其噪聲系數(shù)在3.5-4.5dB左右，增益在18-46dB之間分布。

石墨烯毫米波器件優(yōu)勢(shì)

由于電子在石墨烯中可不被散射而進(jìn)行傳輸，用其制備的晶體管尺寸更小、速度更快，能耗更低，適于高性能、高集成度的RF系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）應(yīng)用。

石墨烯器件工藝與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容，是器件關(guān)鍵材料的更新?lián)Q代的首選。專家預(yù)測(cè)石墨烯的研究成果將對(duì)高端軍用系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)生難以估量的沖擊力，包括毫米波精密成像系統(tǒng)、毫米波超寬帶通信系統(tǒng)、雷達(dá)及電子戰(zhàn)系統(tǒng)等。

石墨烯由于其特有的高遷移率、好的噪聲性能等，在低噪聲放大應(yīng)用中有很大的優(yōu)勢(shì)，能廣泛的應(yīng)用于W波段以及以上波段的毫米波單片集成電路（MMIC）和低噪聲放大器等電路中，因而成為近期研究的一個(gè)熱點(diǎn)。