石墨烯的性質(zhì)及其發(fā)展

1、 PAGE 82 目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc307824195 一、概述 PAGEREF _Toc307824195 h 2 HYPERLINK l _Toc307824196 （一）基本本概念與與內(nèi)涵 PAGEREF _Toc307824196 h 2 HYPERLINK l _Toc307824197 （二）軍事事需求分分析 PAGEREF _Toc307824197 h 10 HYPERLINK l _Toc307824198 二、國內(nèi)外外研究概概況、水水平和發(fā)發(fā)展趨勢勢 PAGEREF _Toc307824198 h 22 HYPERLINK

2、 l _Toc307824199 （一）國外外研究現(xiàn)現(xiàn)狀及發(fā)發(fā)展趨勢勢 PAGEREF _Toc307824199 h 22 HYPERLINK l _Toc307824200 （二）國內(nèi)內(nèi)研究發(fā)發(fā)展情況況 PAGEREF _Toc307824200 h 29 HYPERLINK l _Toc307824201 （三）國內(nèi)內(nèi)外對(duì)比比分析 PAGEREF _Toc307824201 h 31 HYPERLINK l _Toc307824202 三、項(xiàng)目研研究總目目標(biāo) PAGEREF _Toc307824202 h 32 HYPERLINK l _Toc307824203 （一）本項(xiàng)項(xiàng)目總體體目標(biāo)

3、 PAGEREF _Toc307824203 h 32 HYPERLINK l _Toc307824204 （二）關(guān)鍵鍵科學(xué)問問題 PAGEREF _Toc307824204 h 32 HYPERLINK l _Toc307824205 四、重點(diǎn)研研究課題題和主要要內(nèi)容 PAGEREF _Toc307824205 h 33 HYPERLINK l _Toc307824206 （一）研究究課題及及主要內(nèi)內(nèi)容 PAGEREF _Toc307824206 h 33 HYPERLINK l _Toc307824207 （二）經(jīng)經(jīng)費(fèi)預(yù)測測 PAGEREF _Toc307824207 h 46 HYPER

4、LINK l _Toc307824208 （三）風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)分析 PAGEREF _Toc307824208 h 47 HYPERLINK l _Toc307824209 五、與相關(guān)關(guān)計(jì)劃的的關(guān)系 PAGEREF _Toc307824209 h 50 HYPERLINK l _Toc307824210 六、應(yīng)用前前景分析析 PAGEREF _Toc307824210 h 51 HYPERLINK l _Toc307824211 七、政策措措施 PAGEREF _Toc307824211 h 51 HYPERLINK l _Toc307824212 八、 項(xiàng)目目論證組組成員 PAGEREF _Toc3

5、07824212 h 52一、概述（一）基本本概念與與內(nèi)涵石墨烯概念念石墨烯是由由單層ssp2 雜化碳碳原子組組成的六六方點(diǎn)陣陣蜂窩狀狀二維結(jié)結(jié)構(gòu)，包含兩兩個(gè)等價(jià)價(jià)的子晶晶格A和B。它的單單層厚度度為0.35 nm，CC-C 鍵長為為0.1142 nm，其其獨(dú)特的的穩(wěn)定結(jié)結(jié)構(gòu)使之之具有不不同于其其它材料料的優(yōu)良良性能。石石墨烯是是一種零零帶隙半半導(dǎo)體材材料，超超高的載載流子遷遷移率，是是商用SSi材料料遷移率率的1440倍，達(dá)達(dá)到20000000cmm2/Vs，高高于目前前已知的的任何半半導(dǎo)體材材料。在在典型的的1000nm通通道晶體體管中，載載流子在在源和漏漏之間傳傳輸只需需要0.1pss，

6、因此此可應(yīng)用用于超高高頻器件件，為提提供一種種擴(kuò)展HHEMTT頻率到到THzz成為可可能。在在石墨烯烯上，整整流柵電電極可以以相隔幾幾納米放放置，這這樣溝道道更短而而且傳輸輸更快。導(dǎo)熱性能優(yōu)良，熱導(dǎo)率是金剛石的3倍，達(dá)到5000 W/mK；超大的比表面積，達(dá)到2630m2/g；此外，它非常堅(jiān)硬，強(qiáng)度是鋼的100多倍，達(dá)到130 GPa。研究人員甚至將石墨烯看作是硅的替代品，能用來生產(chǎn)未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)。材料熱導(dǎo)率(WW/cmmK)電子遷移率率(cmm2/Vss)飽和電子漂漂移速度度(1107cm/s)Si1.512001.0InP0.684600SiC4.96002.0GaN1.515002.7

7、Graphhenee50200000010有關(guān)專家認(rèn)認(rèn)為，石石墨烯很很可能首首先應(yīng)用用于高頻頻領(lǐng)域，是是超高功功率元器器件的潛潛質(zhì)材料料。石墨墨烯特殊殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)，使其其具有完完美的量量子隧道道效應(yīng)、半半整數(shù)的的量子霍霍爾效應(yīng)應(yīng)、從不不消失的的電導(dǎo)率率等一系系列性質(zhì)質(zhì)，引起起了科學(xué)學(xué)界巨大大興趣，掀掀起了一一股研究究的熱潮潮。安德德烈海姆和和康斯坦坦丁諾沃肖肖洛夫因因其在石石墨烯二二維材料料方面的的原創(chuàng)性性杰出工工作被授授予20010年年諾貝爾爾物理學(xué)學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯和主主要半導(dǎo)導(dǎo)體材料料的遷移移率盡管長期以以來物理理學(xué)界普普遍認(rèn)為為嚴(yán)格的的 2DD晶體在在自由狀狀態(tài)下不不可能存存在 （熱擾動(dòng)動(dòng)使原

8、子子在第三三個(gè)維度度上的漲漲落大于于晶格常常量，2D晶晶體熔化化），但是關(guān)關(guān)于 GGrapphenne的理理論工作作一直在在進(jìn)行。 早在在 19947年年 P .R.Walllacce通過過理論計(jì)計(jì)算給出出了 GGrapphenne的能能帶結(jié)構(gòu)構(gòu)，并以此此為基礎(chǔ)礎(chǔ)構(gòu)建石石墨 (graaphiite)，獲得了了關(guān)于晶晶格中電電子動(dòng)力力學(xué)信息息，預(yù)言了了 Grraphhenee中相對(duì)對(duì)論現(xiàn)象象的存在在。雖然當(dāng)當(dāng)時(shí)人們們并不相相信二維維晶體的的存在，但是 Walllacce的工工作對(duì)于于石墨的的研究起起了引導(dǎo)導(dǎo)性的作作用。石石墨 (graaphiite)作為一一種半金金屬性 (seemi metta

9、l)材料，在布里里淵區(qū)邊邊界能帶帶發(fā)生交交疊，使電子子能在層層與層之之間傳輸輸，當(dāng) ggrapphitte的層層數(shù)減少少到僅有有單層(Graapheene)時(shí)，能帶變變?yōu)閱吸c(diǎn)點(diǎn)交疊的的方式 (如下下圖（a）所所示 )，而且由由電子完完全占據(jù)據(jù)的價(jià)帶帶和由空空穴完全全占據(jù)的的導(dǎo)帶對(duì)對(duì)于這些些交疊點(diǎn)點(diǎn) (KK和 KK )完完全對(duì)稱稱。( a)理論計(jì)計(jì)算給出出的 GGrapphenne的能能帶結(jié)構(gòu)構(gòu)，在狄拉拉克點(diǎn)處處，能帶發(fā)發(fā)生交疊疊; ( b)低能量量處 (狄拉克克點(diǎn)附近近 )的的能帶結(jié)結(jié)構(gòu)采用用圓錐形形近似，具有線線性近似似。單層 Grraphhenee中電子子在高對(duì)對(duì)稱性的的晶格中中運(yùn)動(dòng)，受到

10、對(duì)對(duì)稱晶格格勢的影影響，有效質(zhì)質(zhì)量變?yōu)闉榱?(即無質(zhì)質(zhì)量粒子子) 。這種無無質(zhì)量粒粒子的運(yùn)運(yùn)動(dòng)由狄狄拉克方方程而非非傳統(tǒng)的的薛定諤諤方程描描述。由狄拉拉克方程程給出新新的準(zhǔn)粒粒子形式式 (狄狄拉克費(fèi)費(fèi)密子 )，能帶的的交疊點(diǎn)點(diǎn) K和和K點(diǎn)也被被稱為狄狄拉克點(diǎn)點(diǎn)。 在在低能處處 ( K和 K點(diǎn)附近近 )，能帶可可以用錐錐形結(jié)構(gòu)構(gòu)近似 (見上上圖 ( b) )，具有線線性色散散關(guān)系。在在狄拉克克點(diǎn)附近近，準(zhǔn)粒子子哈密頓頓量形式式為：其中為二二維自旋旋泡利矩矩陣， k為為準(zhǔn)粒子子動(dòng)量， vF =1106m / s為為費(fèi)米速速度，近似為為光速的的 1 /3000，該哈密密頓量給給出的色色散關(guān)系系為 E

11、E = hkvF。 值得得注意的的是Grraphhenee中能量量 E與與動(dòng)量 k間為為線性關(guān)關(guān)系，使得單單層 GGrapphenne表現(xiàn)現(xiàn)出許多多不同于于其他傳傳統(tǒng)二維維材料的的特性。在在狄拉克克點(diǎn)處 (K和和 K等 )，波函數(shù)數(shù)屬于兩兩套不同同的子晶晶格，需要用用兩套波波函數(shù)描描述，類似于于描述量量子力學(xué)學(xué)中的自自旋態(tài) (向上上和向下下 )的的波函數(shù)數(shù)，因此稱稱為贗自自旋。 由于于準(zhǔn)粒子子采用“2 + 1”維低能能狄拉克克方程描描述，模擬量量子電動(dòng)動(dòng)力學(xué)表表述，在 GGrapphenne中引引入手性性。手性性和贗自自旋是 Graapheene中中兩個(gè)重重要參量量，正是由由于手性性和贗自自旋

12、的守守恒，使 GGrapphenne出現(xiàn)現(xiàn)了許多多新奇的的性質(zhì)。對(duì)于雙層 Graapheene，哈密頓頓量為：可以看出，此哈密密頓量雖雖然不是是嚴(yán)格的的狄拉克克形式，但是只只有非對(duì)對(duì)角項(xiàng)不不為零，具有較較特殊的的形式，類似單單層石墨墨中的哈哈密頓量量形式，仍然給給出的是是一種準(zhǔn)準(zhǔn)粒子。這種準(zhǔn)準(zhǔn)粒子同同樣具有有手性，但是有有效質(zhì)量量不為00，m0.055m0 (mm0為電子子質(zhì)量)。雙層層 Grraphhenee的結(jié)構(gòu)構(gòu)和低能能量處的的能帶如如下圖 ( a)所示，雙層GGrapphenne不再再具有線線性色散散關(guān)系，而是近近似拋物物線狀能能帶結(jié)構(gòu)構(gòu)，如下圖 ( b)所示。(a)雙雙層 GGrap

13、phenne結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖與低能能量處的的能帶圖圖; (b)理理論計(jì)算算能帶圖圖，導(dǎo)帶 (價(jià)帶帶)中能能量較高高 (較較低 )的子能能帶未畫畫出。在低能量處處，色散關(guān)關(guān)系不再再滿足線線性關(guān)系系，而是拋拋物線形形式。石墨烯作為為理想的的二維材材料，說它是是所有石石墨碳元元素結(jié)構(gòu)構(gòu)形態(tài)的的基礎(chǔ)也也不為過過，它可以以包裹起起來形成成零維的的富勒烯烯，卷起來來形成一一維的碳碳納米管管，也可層層層堆積積形成三三維的石石墨，石墨烯烯的能帶帶結(jié)構(gòu)在在理論上上已經(jīng)被被研究了了幾十年年，它可以以認(rèn)為是是一種零零禁帶半半導(dǎo)體材材料，能帶交交疊為一一點(diǎn)，而且由由電子完完全占據(jù)據(jù)的價(jià)帶帶和由空空穴完全全占據(jù)的的導(dǎo)帶關(guān)

14、關(guān)于這些些交疊點(diǎn)點(diǎn)( KK和K)完全對(duì)對(duì)稱。在K和K點(diǎn)附近近，石墨烯烯中的電電子由于于受到周周圍對(duì)稱稱晶格勢勢場的影影響，電子的的有效質(zhì)質(zhì)量變?yōu)闉?，傳統(tǒng)的的描述電電子運(yùn)動(dòng)動(dòng)的薛定定諤方程程被狄拉拉克(DDiraac)方方程所取取代，因此K和K點(diǎn)也被被稱為狄狄拉克點(diǎn)點(diǎn)。在狄拉拉克點(diǎn)處處，需要用用兩套波波函數(shù)來來描述兩兩套的子子晶格，類似于于描述量量子力學(xué)學(xué)中的自自旋的波波函數(shù)，因此稱稱為贗自自旋。在狄拉拉克點(diǎn)附附近，能量與與波矢成成線性的的色散關(guān)關(guān)系E =hkvF，費(fèi)米速速度是光光速的11/3000，呈現(xiàn)相相對(duì)論的的特性，因此石墨墨烯為我我們研究究量子電電動(dòng)力學(xué)學(xué)現(xiàn)象提提供了最最直接的的實(shí)驗(yàn)平

15、平臺(tái)。模擬量量子電動(dòng)動(dòng)力學(xué)表表述，可以在在石墨烯烯中引入入手性。手性和和贗自旋旋是石墨墨烯的兩兩個(gè)重要要參量，正是由由于手性性和贗自自旋導(dǎo)致致的簡并并，使石墨烯烯出現(xiàn)了了許多新新奇的性性質(zhì)。石墨烯作為為一種半半金屬材材料，內(nèi)內(nèi)部載流流子濃度度高達(dá)110133cm-22。實(shí)驗(yàn)表表明，石石墨烯的的遷移率率幾乎與與溫度無無關(guān)，即即使在室室溫下遷遷移率也也主要受受雜質(zhì)或或缺陷的的影響，所所以可以以通過提提高晶體體質(zhì)量來來提高載載流子的的遷移率率。最近近，理論論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)均已證證實(shí)石墨墨烯具有有雙極場場效應(yīng)，通通過門電電壓的調(diào)調(diào)制，它它的載流流子可以以在電子子和空穴穴間連續(xù)續(xù)地過渡渡，使其其顯現(xiàn)出出n型、

16、p型特性性。由于于石墨烯烯特殊的的晶體結(jié)結(jié)構(gòu)和能能帶結(jié)構(gòu)構(gòu)，通過過控制其其幾何構(gòu)構(gòu)型及邊邊緣的手手性可以以使其呈呈現(xiàn)金屬屬或半導(dǎo)導(dǎo)體特性性。石墨墨烯在室室溫條件件下也可可以觀察察到它的的量子霍霍爾效應(yīng)應(yīng)，這與與通常的的半導(dǎo)體體、金屬屬材料完完全不同同。不過過，石墨墨烯的電電子輸運(yùn)運(yùn)不符合合薛定諤諤方程的的描述，而而符合狄狄拉克相相對(duì)論方方程，所所以其量量子霍爾爾效應(yīng)異異于傳統(tǒng)統(tǒng)的二維維電子氣氣體：單單層石墨墨烯的量量子霍爾爾效應(yīng)的的量子序序數(shù)相對(duì)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的量子子霍爾效效應(yīng)的量量子序數(shù)數(shù)移動(dòng)了了1/2，而雙層層石墨烯烯的量子子霍爾效效應(yīng)相對(duì)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的量子子霍爾效效應(yīng)丟失失了量子子序數(shù)為為0的

17、第一一個(gè)平臺(tái)臺(tái)。在凝聚態(tài)物物理領(lǐng)域域，材料料的電學(xué)學(xué)性能常常用薛定定諤方程程描述。而而石墨烯烯的電子子與蜂窩窩狀晶體體周期勢勢的相互互作用產(chǎn)產(chǎn)生了一一種準(zhǔn)粒粒子，AA.Qaiiumzzadeeht等等根據(jù)GGW近似似值計(jì)算算了石墨墨烯在無無序狀態(tài)態(tài)下在朗朗道費(fèi)米米子液體體內(nèi)的準(zhǔn)準(zhǔn)粒子特特性，即即零質(zhì)量量的狄拉拉克-費(fèi)費(fèi)米子（mass less Dirac Fermions)，具有類似于光子的特性，在低能區(qū)域適合于采用含有有效光速(vF=106m/s)的(2+1)維狄拉克方程來精確描述。因此，石墨烯的出現(xiàn)為相對(duì)論量子力學(xué)現(xiàn)象的研究提供了一種重要的手段。在石墨烯的的電學(xué)性性能研究究中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了多種種

18、新奇的的物理現(xiàn)現(xiàn)象，包包括兩種種新型的的量子霍霍爾效應(yīng)應(yīng)（整數(shù)數(shù)量子霍霍爾效應(yīng)應(yīng)和分?jǐn)?shù)數(shù)量子霍霍爾效應(yīng)應(yīng)），零零載流子子濃度極極限下的的最小量量子電導(dǎo)導(dǎo)率，量量子干涉涉效應(yīng)的的強(qiáng)烈抑抑制及石石墨烯pp-n結(jié)結(jié)界面的的電流匯匯聚特性性等，石石墨烯表表現(xiàn)出異異常的整整數(shù)量子子霍爾行行為，其其霍爾電電導(dǎo)=22e2/h，6e2/h，l0e2/h為量子子電導(dǎo)的的奇數(shù)倍倍，且可可以在室室溫下觀觀測到。這這個(gè)行為為已被科科學(xué)家解解釋為“電子在在石墨烯烯里遵守守相對(duì)論論量子力力學(xué)，沒沒有靜質(zhì)質(zhì)量(mmassslesss eelecctroon)”。20007年，先先后3篇文章章聲稱在在石墨烯烯的p-n或p-n

19、-p結(jié)結(jié)中觀察察到了分分?jǐn)?shù)量子子霍爾行行為。理理論物理理學(xué)家已經(jīng)經(jīng)解釋了了這一現(xiàn)現(xiàn)象。石墨烯的合合成方法法主要有有微機(jī)械械分離法法、取向向附生法法、化學(xué)分分散法、加熱SSiC法法等。最普通的是是微機(jī)械械分離法法，直接接將石墨墨烯薄片片從較大大的晶體體上剪裁裁下來。2004年，K.S.Novoselov， A.K.Geim等人通過使用簡單的膠帶解理體石墨，輕松地獲得了單層自由狀態(tài)的 Graphene。Novoselov等利用膠帶將石墨逐漸撕薄，在得到的小片石墨薄層的邊緣出現(xiàn)單層、雙層、三層等 Graphene薄片，采用傳統(tǒng)光刻工藝，可以將Graphene分離，得到自由狀態(tài)的 Graphene (

20、見下圖)。目前，在大部分有關(guān) Graphene的研究中，使用的樣品是采用此類方法制備。Graphhenee薄膜( a)光學(xué)顯顯微鏡下下觀測到到的大尺尺度的 Graapheene薄薄片；( bb)在薄薄片邊緣緣的 AAFM圖圖像， 2m 2m； ( c)單單層Grraphhenee的 AAFM圖圖像，深棕色色為 SSiO22 基底底，棕紅色色為單層層 Grraphhenee取向附生法法是利用用生長基基質(zhì)原子子結(jié)構(gòu)“種”出石墨墨烯，首首先讓碳碳原子在在 11500下滲入入釕，然然后冷卻卻到8550后，之前吸吸收的大大量碳原原子就會(huì)會(huì)浮到釕釕表面，鏡鏡片形狀狀的單層層的碳原原子“孤島”布滿了了整個(gè)基

21、基質(zhì)表面面，最終終它們可可長成完完整的一一層石墨墨烯。采采用這種種方法生生產(chǎn)的石石墨烯厚厚度不均均勻，且且石墨烯烯和基質(zhì)質(zhì)之間的的黏合會(huì)會(huì)影響碳碳層的特特性。化學(xué)分散法法是將氧氧化石墨墨與水以以1mgg/mll的比例例混合，用用超聲波波振蕩至至溶液清清晰無顆顆粒狀物物質(zhì)，加加入適量量肼在1100回流224h，產(chǎn)產(chǎn)生黑色色顆粒狀狀沉淀，過過濾、烘烘干即得得石墨烯烯。加熱 SiiC法是是通過加加熱單晶晶SiCC襯底脫除除Si，在在表面上分分解出石石墨烯片片層。具具體過程程是：將將經(jīng)氫氣氣刻蝕處處理得到到的樣品品在高真真空下或或氣氛下下加熱，表表層硅原原子升華華，碳原原子重構(gòu)構(gòu)生成石石墨烯。該法被被

22、人們認(rèn)認(rèn)為是實(shí)實(shí)現(xiàn)石墨墨烯在集集成電路路中應(yīng)用用的最有有希望的的途徑之一一。在SSiC襯襯底表面面上生長長的石墨墨烯有很很多優(yōu)勢勢。 其中就就襯底而而言，SSiC是是寬禁帶帶半導(dǎo)體體，可以以是很好好的半絕絕緣襯底底，SiiC襯底底熱導(dǎo)率率高，散散熱好。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，SiC已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電子學(xué)、MEMS等領(lǐng)域。作為一個(gè)被人們廣泛研究并應(yīng)用的材料，人們對(duì)它已經(jīng)有比較完善的了解，并發(fā)展了相關(guān)的半導(dǎo)體加工工藝，因此在SiC表面上生長的石墨烯可比較容易地實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件應(yīng)用。與其他方法相比，在SiC襯底表面上生長的石墨烯在很多方面具有更高的質(zhì)量，這種材料非常的平，其主要形貌由下面的SiC襯底的

23、臺(tái)階決定。SiC襯底上生長的石墨烯可以在整個(gè)晶片上利用傳統(tǒng)的光刻和微納米加工技術(shù)進(jìn)行器件或電路的刻蝕，可直接利用已有的SiC生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，因而在微納電子器件和大規(guī)模集成邏輯電路領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，SiC上生長的晶圓級(jí)石墨烯是目前為止最有希望取代晶體硅的材料。石墨烯由于于以下四四個(gè)方面面的原因因而引起起人們的的興趣:(1) GGrapphenne中無無質(zhì)量的的相對(duì)論論性準(zhǔn)粒粒子(狄狄拉克費(fèi)費(fèi)密子 )由狄狄拉克方方程描述述 ，在凝聚聚態(tài)物理理與量子子電動(dòng)力力學(xué)之間間架起一一座橋梁梁；(2)兩種種新的量量子霍爾爾效應(yīng)、室室溫彈道道輸運(yùn)、弱弱局域化化、電聲聲子相互互作用等等，為基礎(chǔ)礎(chǔ)物理

24、的的研究提提供模型型；(3)其他他石墨類類材料(0維巴巴基球、11維碳納納米管、33維體石石墨)的的性質(zhì)來來源于22維的 Graapheene，因此 Graapheene的的研究不不僅可以以對(duì)以上上材料特特性給出出補(bǔ)充性性的解釋釋，反過來來又可以以借鑒以以上材料料研究結(jié)結(jié)果來發(fā)發(fā)展 GGrapphenne；(4)優(yōu)異異的電學(xué)學(xué)、磁學(xué)學(xué)等性質(zhì)質(zhì)，使得 Graapheene將將在納米米電子學(xué)學(xué)、自旋旋電子學(xué)學(xué)等領(lǐng)域域得到廣廣泛應(yīng)用用?；谑┫┑膱鲂?yīng)應(yīng)管概念念場效應(yīng)管(FETT)是一一種具有有pn結(jié)的的正向受受控作用用的有源源器件，它它是利用用電場效效應(yīng)來控控制輸出出電流的的大小，其其輸入端端

25、pn一般般工作于于反偏狀狀態(tài)或絕絕緣狀態(tài)態(tài)，輸入電電阻很高高，柵極處處于絕緣緣狀態(tài)的的場效應(yīng)應(yīng)管，輸輸入阻抗抗很大。目前廣廣泛應(yīng)用用的是SSiO22為絕緣緣層的絕絕緣柵場場效應(yīng)管管，稱為為金屬-氧化物物-半導(dǎo)導(dǎo)體場效效應(yīng)管，簡簡稱MOOSFEET。以以功能類類型劃分分，MOOSFEET分為為增強(qiáng)型型和耗盡盡型兩種種，其中中耗盡型型與增強(qiáng)強(qiáng)型主要要區(qū)別是是在制造造SiOO2絕緣層層中有大大量的正正離子，使使在P型型襯底的的界面上上感應(yīng)出出較多的的負(fù)電荷荷，即在在兩個(gè)NN型區(qū)中中間的PP型硅內(nèi)內(nèi)形成一一層N型型硅薄層層而形成成一個(gè)導(dǎo)電電溝道，所所以在VVGS00時(shí)，有有VDSS作用時(shí)時(shí)也有一一定的

26、IID(IDSSS)；當(dāng)VGGS有電電壓時(shí)(可以是是正電壓壓或負(fù)電電壓)，改改變感應(yīng)應(yīng)的負(fù)電電荷數(shù)量量，從而而改變IID的大小小。VPP為ID0時(shí)時(shí)的-VVGS，稱稱為夾斷斷電壓。MOSFEET的特特點(diǎn)是用用柵極電電壓來控控制漏極極電流。隨著微微電子集集成化的的需要越越來越高高，F(xiàn)EET器件件的尺寸寸也越來來越小，而而普通FFET器器件散熱熱性受材材料本身身限制很很難有進(jìn)進(jìn)一步的的提高，石石墨烯由由于其優(yōu)優(yōu)良的熱熱導(dǎo)率制制作出的的FETT器件“完美”的解決決該問題題。自從場效應(yīng)應(yīng)管發(fā)明明以來，人們一一直嘗試試將電場場效應(yīng)應(yīng)應(yīng)用到金金屬材料料上，制造金金屬基場場效應(yīng)管管。利用用金屬制制造晶體體管

27、不僅僅可以將將尺度做做小，而且可可以降低低功耗，并且使使用頻率率高于傳傳統(tǒng)半導(dǎo)導(dǎo)體.但但是由于于金屬屏屏蔽效應(yīng)應(yīng)，電場在在金屬中中的穿透透深度小小于 11nm，因此制制造金屬屬晶體管管時(shí)需要要使用原原子級(jí)厚厚度的金金屬薄膜膜。但是是由于熱熱動(dòng)力學(xué)學(xué)原因，當(dāng)金屬屬薄膜達(dá)達(dá)到納米米級(jí)別時(shí)時(shí)不能穩(wěn)穩(wěn)定存在在。另外外，對(duì)于金金屬而言言，電場效效應(yīng)誘導(dǎo)導(dǎo)的載流流子濃度度一般不不會(huì)超過過 10013cmm-2，比納米米尺度的的金屬薄薄膜中的的本征載載流子濃濃度低幾幾個(gè)量級(jí)級(jí)（近似可可以忽略略），通過過電場效效應(yīng)很難難實(shí)現(xiàn)調(diào)調(diào)制載流流子濃度度，因此利利用金屬屬制造晶晶體管一一直沒有有實(shí)現(xiàn)。半金屬 GGrap

28、phenne不僅僅具有高高載流子子濃度和和載流子子遷移率率，亞微米米尺度的的彈道輸輸運(yùn)特性性和電場場調(diào)制載載流子特特性，而且可可以在室室溫下穩(wěn)穩(wěn)定存在在，為 GGrapphenne的實(shí)實(shí)用化奠奠定了基基礎(chǔ)。利利用 GGrapphenne制造造的晶體體管可以以實(shí)現(xiàn)低低功耗、高高頻率、小小型化等等特性。由由于 GGrapphenne是半半金屬性性材料 （semmi- mettal），在狄狄拉克點(diǎn)點(diǎn)處能帶帶交疊，沒有帶帶隙，因此很很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)開關(guān)特特性。為為了使 Graapheene可可以應(yīng)用用于晶體體管的制制造，通過各各種方法法在 GGrapphenne中形形成帶隙隙：（1）通過過對(duì)稱性性破缺場場或

29、相互互作用等等使Grraphhenee簡并度度降低，朗道能能級(jí)發(fā)生生劈裂，在導(dǎo)帶帶與價(jià)帶帶之間引引入能隙隙。這方方面工作作目前主主要集中中在雙層層Graapheene上上，通過摻摻雜、外外加電場場以及基基底作用用誘導(dǎo)等等方式引引入對(duì)稱稱破缺，實(shí)現(xiàn)人人工調(diào)制制能隙。（2）對(duì)于于弱無序序體系，被弱屏屏蔽的庫庫侖相互互作用可可以改變變帶粒子子圖景，使 GGrapphenne出現(xiàn)現(xiàn)能隙 （量子霍霍爾鐵磁磁）。（3）通過過尺寸效效應(yīng)或量量子受限限 （如Grraphhenee naanorribbbonss）引入能能隙。BBaroone等等人通過過密度泛泛函計(jì)算算預(yù)言，對(duì)于手手性納米米帶，導(dǎo)帶與與價(jià)帶間間

30、的帶隙隙隨著手手性角的的變化發(fā)發(fā)生振蕩蕩。對(duì)于于某些類類型的GGrapphenne納米米帶，通過調(diào)調(diào)節(jié)納米米帶寬，也可以以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)帶隙寬寬度的調(diào)調(diào)節(jié) （能隙與與納米帶帶寬之間間存在反反比關(guān)系系）。本項(xiàng)目將結(jié)結(jié)合我們們的研究究優(yōu)勢對(duì)對(duì)石墨烯烯開展深深入系統(tǒng)統(tǒng)的特色色研究，從從理論模模擬、材材料制備備、器件件制作三三個(gè)層面面開展全面面工作，力力求對(duì)中中國軍事事的發(fā)展展起到積積極的推推動(dòng)作用用。本項(xiàng)項(xiàng)目針對(duì)對(duì)石墨烯烯這一新新物質(zhì)形形態(tài)的關(guān)關(guān)鍵問題題及前沿沿發(fā)展動(dòng)動(dòng)態(tài)，結(jié)結(jié)合我們們自身的的工作基基礎(chǔ)，以大面面積、高高質(zhì)量石石墨烯材材料的可可控制備備為主要要突破口口，以石石墨烯基基超高頻器件MOOSFE

31、ET應(yīng)用用為導(dǎo)向向，最終終制備出出具有一一定功能能的電路路模塊。強(qiáng)調(diào)理論、材料和器件之間的互相促進(jìn)與合作，有針對(duì)性地對(duì)石墨烯的若干基本科學(xué)問題開展研究，例如：探索高質(zhì)量石墨烯的可控、晶圓級(jí)制備方法；測量其電、光、熱、力學(xué)等宏觀特性和局域性能，研究結(jié)構(gòu)與物性的關(guān)聯(lián)；研制基于石墨烯的超高頻MOSFET器件和功能電路等，力求對(duì)中國軍事裝備特別是下一代武器用超高頻元器件的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。（二）軍事事需求分分析從上世紀(jì)880年代代初起，美美國國防防部尖端端技術(shù)研研究規(guī)劃劃署(DDARPPA)、國國家航空空和宇航航局(NNASAA)一直直重點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行毫米米波固態(tài)態(tài)器件和和電路的的研究，已經(jīng)取得了令人

32、矚目的成果，已應(yīng)用于新型武器裝備上，如下表所示。毫米波段武武器應(yīng)用用舉例型號(hào)種類主要用途SEA TTRACCS III毫米波艦載載火控雷雷達(dá)Mini-PEVV小型無人駕駕駛飛機(jī)機(jī)雷達(dá)Starttle坦克火控雷雷達(dá)Wasp空地導(dǎo)彈主主動(dòng)/被被動(dòng)復(fù)合合制導(dǎo)系系統(tǒng)MILSAATCOOM 軍用衛(wèi)星 星間通訊對(duì)于硅器件件，其工工作頻率率最多達(dá)達(dá)到GHHz范圍圍，而WW波段或或更高頻頻率的MMMICC所用的的材料主主要是IInP-HBTT、HEEMT或或者GaaAs-MHEEMT。其其中國際際上最新新報(bào)道的的InPP MMMIC低低噪聲放放大器在在W波段段，噪聲聲系數(shù)在在2-55dB之之間。但但是，IIn

33、資源源正逐漸漸減少，同同時(shí)InnP單晶晶生長較較難，易易碎，且且遷移率率較難進(jìn)一一步提高高，其器器件性能能已接近近極限水水平，人人們一直直在尋找找遷移率率和熱導(dǎo)導(dǎo)率更高高的材料料，晶片片級(jí)石墨墨烯的出出現(xiàn)有望望解決這這些難題題。利用用石墨烯烯超高速速遷移率率可以提提高器件件工作頻頻率達(dá)到到毫米波波段，利利用雙層層石墨烯烯的設(shè)計(jì)計(jì)可有效避避免豪格格規(guī)則實(shí)實(shí)現(xiàn)超低低噪聲特特性，其其意義不不言而喻喻。目前前，美國國DARRPA計(jì)計(jì)劃已將石墨墨烯研究究方向定定為毫米米波低噪噪聲放大大器。為了與時(shí)俱俱進(jìn)，支支持未來來的國防防現(xiàn)代化化建設(shè)，實(shí)實(shí)現(xiàn)靈活活移動(dòng)、快快速反應(yīng)應(yīng)、安全隱隱蔽的軍軍事、宇宇航通信信，

34、滿足足21世世紀(jì)新的的和平事事業(yè)和世世界局勢勢發(fā)展需需要，研研制石墨墨烯超高高頻低噪噪聲器件件顯得異異常必要要。軍事用途未來戰(zhàn)爭環(huán)環(huán)境下，自自動(dòng)化、電電子化、輕輕型化和和信息化化將成為為軍事發(fā)發(fā)展的主主要趨勢勢。石墨墨烯由于于其突出出的物理理和化學(xué)學(xué)性能，將將在軍事事方面大大有作為為，主要要應(yīng)用在在軍事航航天、軍軍事探測測、極高高頻衛(wèi)星星通信系系統(tǒng)等。在軍事航天天領(lǐng)域，軍軍事航天天技術(shù)是是以軍事事應(yīng)用為為目的、開開發(fā)和利利用太空空的一門門綜合性性工程技技術(shù)。迄迄今世界界各國共共發(fā)射了了57000多個(gè)個(gè)航天器器，其中中70%用于軍軍事目的的。太空空也已經(jīng)經(jīng)成為未未來戰(zhàn)爭爭的戰(zhàn)場場，為了了掌握太太

35、空戰(zhàn)場場的控制制權(quán)，各各國都在在加緊發(fā)發(fā)展軍事事航天技技術(shù)，而而微電子子技術(shù)則則是基礎(chǔ)礎(chǔ)技術(shù)之之一。美美國“戰(zhàn)略防防御倡議議”（即星星球大戰(zhàn)戰(zhàn)計(jì)劃）中中的空間間監(jiān)視系系統(tǒng)采用用了超高高速集成成電路和和微波毫毫米波單單片集成成電路（MMMICC）。從從表面上上看，微微電子電電路分布布在龐大大的系統(tǒng)統(tǒng)中的各各個(gè)地方方，其實(shí)實(shí)卻起著著舉足輕輕重的作作用。半導(dǎo)體微波波毫米波波器件的的應(yīng)用頻頻段和目前的33mm波波段的主主流產(chǎn)品品InPP基材料料器件和和電路比比較起來來，SiiC襯底底的高硬硬度和高高熱導(dǎo)率率保障了了器件的的成品率率和散熱熱性。電電子在石石墨烯中中是以隧隧穿的方方式運(yùn)動(dòng)動(dòng)，器件件的驅(qū)動(dòng)動(dòng)

36、電壓可可以很低低。SiiC襯底底上的石石墨烯是是一種適適合制備備W波段段或更高高頻低噪噪聲放大大器的材材料。美國國防先先期研究究計(jì)劃局局DARRPA斥斥資22200萬萬美元，開開展CEERA（射射頻應(yīng)用用的碳電電子，CCarbbon Eleectrroniics forr RFF Apppliicattionns）項(xiàng)項(xiàng)目，用用于研究究石墨烯烯及基于于石墨烯烯（Grraphhenee）溝道道的超高高速、超超低噪聲聲、超低低功耗的的場效應(yīng)應(yīng)晶體管管，以滿滿足高端端毫米波波系統(tǒng)的的應(yīng)用需需求。CCERAA計(jì)劃始始于20008年年7月，終終于20012年年9月，分分為三個(gè)個(gè)階段。如下表所示：第一階段的

37、的目標(biāo)有有兩個(gè)：初步確確立石墨墨烯薄膜膜合成生生長工藝藝，驗(yàn)證石石墨烯溝溝道FEET制作作工藝的的可行性性；第二二階段也也有兩個(gè)個(gè)目標(biāo)：完善薄薄膜材料料生長工工藝，力力求生長長厚度精精確控制制在一個(gè)個(gè)原子層層，演示超超高速石石墨烯FFET；最后的的第三階階段著重重材料及及器件性性能、可可生產(chǎn)性性及可集集成性的的后期優(yōu)優(yōu)化工作作。最終終成果是是演示一一個(gè)W波波段（90GGHz）的的低噪聲聲放大器器，噪聲聲系數(shù)1dBB。計(jì)劃劃不僅要要求電路路產(chǎn)出圓圓片尺寸寸達(dá)到88英寸，并并且要求求整張圓圓片的成成品率優(yōu)優(yōu)于900%。如果在接收收系統(tǒng)的的前端連連接高性性能的低低噪聲放放大器，在在低噪聲聲放大器器增

38、益足足夠大的的情況下下，就能能抑制后后級(jí)電路路的噪聲聲，則整整個(gè)接收收機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)的噪聲聲系數(shù)蔣蔣主要取取決于放放大器的的噪聲。如如果低噪噪聲放大大器的噪噪聲系數(shù)數(shù)降低，接接收機(jī)系系統(tǒng)的噪噪聲系數(shù)數(shù)也會(huì)變變小，信信噪比得得到改善善，靈敏敏度大大大提高。由由此可見見低噪聲聲放大器器的性能能制約了了整個(gè)接接收系統(tǒng)統(tǒng)的性能能，對(duì)于于整個(gè)接接收系統(tǒng)統(tǒng)技術(shù)水水平的提提高，也也起了決決定性的的作用。低噪聲放大大器是雷雷達(dá)、電電子對(duì)抗抗及遙測測遙控接接受系統(tǒng)統(tǒng)等的關(guān)關(guān)鍵部件件。L、SS波段低低噪聲放放大器一一般用于于遙測、遙遙控系統(tǒng)統(tǒng)。在電電子對(duì)抗抗、雷達(dá)達(dá)偵察中中，由于于要接收收的信號(hào)號(hào)的頻率率范圍未未知，其

39、其實(shí)頻率率范圍也也是要偵偵察的內(nèi)內(nèi)容之一一，所以以要求接接收系機(jī)機(jī)的頻率率足夠?qū)拰?，那么么放大器器的頻率率也要求求足夠?qū)拰?。而且且，雷達(dá)達(dá)偵察接接收的是是雷達(dá)發(fā)發(fā)射的折折射波，是是單程接接收；而而雷達(dá)接接收的是是目標(biāo)回回波，從從而使偵偵察機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)在雷達(dá)達(dá)作用距距離之外外就能提提早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)雷達(dá)目目標(biāo)。靈靈敏度高高的接收收機(jī)偵察察距離就就遠(yuǎn)，如如高靈敏敏度的超超外差式式接收機(jī)機(jī)可以實(shí)實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)遠(yuǎn)程偵察察，用以以監(jiān)視敵敵遠(yuǎn)程導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)發(fā)射，所所以，要要增高偵偵察距離離，就要要提高接接收機(jī)靈靈敏度，就就要求高高性能的的低噪聲聲放大器器。在國際衛(wèi)星星通信應(yīng)應(yīng)用中，低噪聲聲放大器器的主要要發(fā)展要要求是改改進(jìn)性能

40、能和降低低成本。由由于國際際通信量量年復(fù)一一年地迅迅速增加加， 所以必必須通過過改進(jìn)低低噪聲放放大器的的性能來來滿足不不斷增加加的通信信要求。因因此，要不懈懈地不斷斷努力去去展寬帶帶低噪聲聲放大器器的帶寬寬和降低低其噪聲聲溫度。從從經(jīng)濟(jì)觀觀點(diǎn)出發(fā)發(fā)，衛(wèi)星通通信整個(gè)個(gè)系統(tǒng)的的成本必必須減少少到能與與海底電電纜系統(tǒng)統(tǒng)相競爭爭。降低低低噪聲聲放大器器的噪聲聲溫度是是降低衛(wèi)衛(wèi)星通信信系統(tǒng)成成本的一一種最有有效的方方法，因?yàn)榈氐孛嬲咎焯炀€的直直徑可以以通過改改善噪聲聲溫度性性能而減減小。另一方面，在國內(nèi)內(nèi)衛(wèi)星通通信應(yīng)用用中，重點(diǎn)放放在低噪噪聲放大大器的不不用維修修特性以以及低噪噪聲和寬寬帶性能能，因?yàn)樵?/p>

41、在這些系系統(tǒng)中越越來越廣廣泛地采采用無人人管理的的工作方方式， 特別在在電視接接收地面面站中更更是如此此。衛(wèi)星通信用用的低噪噪聲放大大器可以以分為兩兩種類型型低噪噪聲參量量放大器器和場效效應(yīng)晶體體管低噪噪聲放大大器。這這些低噪噪聲放大大器用在在幾個(gè)頻頻段內(nèi)， 包括44GHzz， 12 GHzz和毫米米波頻段段。寬帶帶低噪聲聲放大器器的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)又有很很多種類類型。SSiGee工藝具具有優(yōu)異異的射頻頻性能，更更由于其其較高的的性價(jià)比比，被廣廣泛應(yīng)用用于移動(dòng)動(dòng)通信、衛(wèi)衛(wèi)星定位位和RFFID等等市場；SiGGe工藝藝還可以以與常規(guī)規(guī)的數(shù)字字模擬電電路相集集成，制制造出功功能完整整的SooC芯片片。目前前

42、采用SSiGee材料制制作射頻頻集成電電路已成成為國際際上的研研究熱點(diǎn)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)前端的的低噪聲聲放大器器是最近近興起的的超寬帶帶射頻通通信系統(tǒng)統(tǒng)中的挑挑戰(zhàn)之一一。業(yè)界界一直在在追求完完全集成成的超寬寬帶通信信系統(tǒng)SSOC，與與其他工工藝相比比，CMMOS工工藝更易易于系統(tǒng)統(tǒng)集成，所以人人們?cè)O(shè)計(jì)計(jì)出了許許多的CCMOSS工藝的的超寬帶帶低噪聲聲放大器器。4GHz頻頻段是目目前衛(wèi)星星通信最最通用的的頻段，它用于于國際衛(wèi)衛(wèi)星通信信和國內(nèi)內(nèi)衛(wèi)星通通信， 包括電電視接收收地面站站。在這這些領(lǐng)域域內(nèi)，已經(jīng)研研制出了了各種各各樣的低低噪聲放放大器并并已得到到了應(yīng)用用。低噪噪聲參量量放大器器和場效效應(yīng)晶體體管

43、低噪噪聲放大大器根據(jù)據(jù)其冷卻卻系統(tǒng)可可以分為為三種類類型，即深致致冷型式式，熱電致致冷型式式和非致致冷型式式。深致致冷低噪噪聲參量量放大器器在衛(wèi)星星通信的的初期得得到廣泛泛的使用用。而今今天，除了一一些特殊殊應(yīng)用以以外，這種型型式的參參放幾乎乎不象以以前那樣樣廣泛地地使用，這是因因?yàn)橛芯S維修困難難等幾方方面的原原因。熱熱電致冷冷和非致致冷低噪噪聲參量量放大器器主要用用在國際際衛(wèi)星通通信地面面站中，有時(shí)也也用在國國內(nèi)衛(wèi)星星通信的的關(guān)鍵地地面站。由由于變?nèi)萑莨艿母母倪M(jìn)和泵泵頻的提提高，這些低低噪聲放放大器幾幾乎具有有深致冷冷參放那那樣的低低噪聲溫溫度。場場效應(yīng)晶晶體管低低噪聲放放大器主主要用在在國

44、內(nèi)衛(wèi)衛(wèi)星通信信地面站站中，特別是是用在電電視接收收地面站站中。在在這些場場合，幾乎普普遍采用用熱電致致冷和非非致冷型型式。深深致冷型型式僅僅僅用在特特殊的場場合。毫米波具有有用小口口徑天線線就可產(chǎn)產(chǎn)生方向向性強(qiáng)的的窄波束束和很小小的旁瓣瓣的特點(diǎn)點(diǎn)，使得得截獲和和干擾毫毫米波信信號(hào)變得得非常困困難，因因而隱蔽蔽性和反反電子偵偵察能力力好，適適合在軍軍用保密密通信中中使用；另外，作作為大氣氣窗口頻頻率，它它在特殊殊頻率下下呈現(xiàn)出出低衰減減的特點(diǎn)點(diǎn)，因此此成為衛(wèi)衛(wèi)星、宇宇航通信信的必需需的手段段；同時(shí)時(shí)它又具具有波長長短和較較強(qiáng)的穿穿透戰(zhàn)場場煙霧、塵塵埃、雨雨雪等的的能力，可可為雷達(dá)達(dá)、成像像、精確

45、確制導(dǎo)等等提供較較高的目目標(biāo)分辨辨率和準(zhǔn)準(zhǔn)全天候候的作戰(zhàn)戰(zhàn)能力，這這些特別別的優(yōu)勢勢使得采采用毫米米波技術(shù)術(shù)的武器器裝備，如如軍用保保密通信信、導(dǎo)彈彈或靈巧巧炸彈的的精確制制導(dǎo)以及及電子對(duì)對(duì)抗和情情報(bào)偵察察等，在在現(xiàn)代戰(zhàn)戰(zhàn)爭中占占有越來來越重要要的地位位。為此此，從上上世紀(jì)880年代代初起，美美國國防防部尖端端技術(shù)研研究規(guī)劃劃署(DDARPPA)、國國家航空空和宇航航局(NNASAA)一直直重點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行毫米米波固態(tài)態(tài)器件和和電路的的研究，目目前已經(jīng)經(jīng)取得了了令人矚矚目的成成果，大大量固態(tài)態(tài)器件和和芯片應(yīng)應(yīng)用于新新型武器器裝備上上，在提提高裝備備可靠性性的同時(shí)時(shí)還能大大大縮小小體積，滿滿足軍方方對(duì)

46、小型型化的需需求。目目前，毫毫米波頻頻段已在在國外現(xiàn)現(xiàn)有裝備備中使用用，基于于毫米波波固態(tài)器器件的雷雷達(dá)、精精確制導(dǎo)導(dǎo)系統(tǒng)、靈靈巧武器器導(dǎo)引頭頭、軍用用保密通通信系統(tǒng)統(tǒng)以及電電子戰(zhàn)對(duì)對(duì)抗系統(tǒng)統(tǒng)開始大大量裝備備美軍，并并且在兩兩次海灣灣戰(zhàn)爭和和科索沃沃戰(zhàn)爭中中取得了了很好的的實(shí)戰(zhàn)效效果。毫米波頻段段低噪聲聲放大器器具有明明確的軍軍事應(yīng)用用背景先進(jìn)進(jìn)極高頻頻衛(wèi)星通通信系統(tǒng)統(tǒng)(AEEHF)。先進(jìn)進(jìn)極高頻頻衛(wèi)星通通信系統(tǒng)統(tǒng)（AEEHF）作作為新一一代的衛(wèi)衛(wèi)星通信信系統(tǒng)，用用于全球球范圍的的戰(zhàn)略與與戰(zhàn)術(shù)指指揮與控控制通信信，它將將為所有有作戰(zhàn)人人員提供供全球性性、高安安全性、受受保護(hù)和和持久的的通信，還

47、還具備監(jiān)監(jiān)視別國國衛(wèi)星運(yùn)運(yùn)行的能能力。C4ISRR遠(yuǎn)景圖圖AEHF衛(wèi)衛(wèi)星具有有低速率率、中速速率波形形和擴(kuò)展展速率波波形，采采用了星星上處理理技術(shù)、星星間鏈路路技術(shù)，以以及輕型型多功能能通信天天線的組組合陣列列和寬帶帶頻率合合成技術(shù)術(shù)等，具具備抗干干擾、低低檢測概概率、低低截獲概概率的特特點(diǎn)和先先進(jìn)的加加密系統(tǒng)統(tǒng)，且能能與其他他軍用網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)兼容容。AEEHF能能夠支持持動(dòng)中通通，能過過提供數(shù)數(shù)據(jù)、語語音、視視頻會(huì)議議和圖像像傳輸業(yè)業(yè)務(wù)，能能為國家家戰(zhàn)略和和戰(zhàn)術(shù)力力量在各各種級(jí)別別的沖突突中提供供安全、可可靠的全全球衛(wèi)星星通信。它它還能為為那些需需要快速速、精確確信息的的用戶提提供實(shí)時(shí)時(shí)地圖、目目

48、標(biāo)信息息和先進(jìn)進(jìn)的智能能監(jiān)視和和偵察信信息，能能極大增增強(qiáng)在作作戰(zhàn)時(shí)的的C4IISR（指指揮、控控制、通通信、計(jì)計(jì)算機(jī)、情情報(bào)及監(jiān)監(jiān)視與偵偵察）能能力，其其衛(wèi)星位位于赤道道上空3360000千米米的軌道道上。毫毫米波頻頻段低噪噪聲放大大器作為為AEHHF衛(wèi)星星通信系系統(tǒng)的前前端器件件，主要要用于毫毫米波頻頻段信號(hào)號(hào)的接收收，在情情報(bào)收集集、電子子對(duì)抗、抗抗干擾等等方面具具有廣泛泛的應(yīng)用用，具有有極高的的軍事價(jià)價(jià)值。各種星載雷雷達(dá)、宇宇航通信信裝備的的需求大大大推動(dòng)動(dòng)了毫米米波固態(tài)態(tài)器件的的發(fā)展，它它對(duì)我國國航天事事業(yè)的發(fā)發(fā)展與進(jìn)進(jìn)步尤起起著至關(guān)關(guān)重要的的作用。另另外，未未來的外外太空探探索研究

49、究和各種種星球探探測器的的登陸設(shè)設(shè)備也需需要毫米米波電路路進(jìn)行控控制和通通信。近近年來，隨隨著西方方軍事強(qiáng)強(qiáng)國的技技術(shù)進(jìn)步步，毫米米波電路路已經(jīng)逐逐漸成為為主流技技術(shù)，頻頻率高達(dá)達(dá)上百GGHz的的成品不不斷涌現(xiàn)現(xiàn)；當(dāng)前前，國產(chǎn)產(chǎn)自主研研發(fā)的毫毫米波電電路技術(shù)術(shù)與之比比較仍有有很大的的差距。為為了適應(yīng)應(yīng)未來的的國防現(xiàn)現(xiàn)代化建建設(shè)，實(shí)實(shí)現(xiàn)靈活活移動(dòng)、快快速反應(yīng)應(yīng)，安全全隱蔽的的軍事、宇宇航通信信，研制制毫米波波單片集集成電路路便顯得得異常必必要。極高頻衛(wèi)星星通信系系統(tǒng)是指指星上的的主要通通信設(shè)備備上行傳傳輸頻率率為極高高頻(444GHHz)，它它比特高高頻(UUHF)、超高高頻(SSHF)頻率高高

50、，下行行傳輸頻頻率為超超高頻(20GGHz)，是美美軍軍事事衛(wèi)星通通信(MMILSSATCCOM)體系結(jié)結(jié)構(gòu)中最最關(guān)鍵的的系統(tǒng)。 極高頻頻衛(wèi)星通通信系統(tǒng)統(tǒng)又稱軍軍事戰(zhàn)略略戰(zhàn)術(shù)中中繼衛(wèi)星星系統(tǒng)(Millstaar)，它它將為美美軍的戰(zhàn)戰(zhàn)略指揮揮控制和和戰(zhàn)術(shù)部部隊(duì)提供供保密、抗抗干擾通通信，具具有能支支持全面面戰(zhàn)爭的的能力。未未來的軍軍事衛(wèi)星星系統(tǒng)向向更高的的EHFF頻段拓拓展。采采用EHHF頻段段有很多多現(xiàn)有其其它頻段段無可比比擬的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，一一是擴(kuò)大大EHFF頻段的的容量，大大大減輕輕現(xiàn)有頻頻譜擁擠擠現(xiàn)象；二是EEHF的的波束窄窄，可減減少受核核爆炸影影響出現(xiàn)現(xiàn)的信號(hào)號(hào)閃爍和和衰落，抗抗干擾和和

51、抗截收收能力強(qiáng)強(qiáng)。三是是EHFF 頻段段系統(tǒng)使使用的部部件尺寸寸和重量量都可大大大縮小小和減輕輕。但是是，EHHF衛(wèi)星星技術(shù)復(fù)復(fù)雜，造造價(jià)高昂昂，從EEHF頻頻段向更更高的頻頻段拓展展需要一一個(gè)較長長時(shí)期。目目前，世世界上除除美軍外外，其他他國家還還不具備備極高頻頻衛(wèi)星通通信能力力。換句句話說，極極高頻衛(wèi)衛(wèi)星通信信系統(tǒng)是是美軍在在目前和和最近一一個(gè)時(shí)期期唯一擁擁有的最最先進(jìn)的的通信系系統(tǒng)，是是美軍指指揮控制制系統(tǒng)中中的“殺手锏锏”，它所所提供的的保密和和抗干擾擾的通信信能力將將對(duì)美軍軍的全球球戰(zhàn)略發(fā)發(fā)揮重大大作用。據(jù)美國空空軍雜志志網(wǎng)站站近日?qǐng)?bào)報(bào)道：美美國諾斯斯羅普格魯門門公司近近日宣布布，B

52、-2隱身身轟炸機(jī)機(jī)極高頻頻（EHHF）衛(wèi)衛(wèi)星通信信系統(tǒng)升升級(jí)計(jì)劃劃已經(jīng)開開始進(jìn)行行試飛。根根據(jù)該升升級(jí)計(jì)劃劃，將會(huì)會(huì)為B-2轟炸炸機(jī)配備備全新的的處理硬硬件和通通信裝置置，從而而增強(qiáng)該該機(jī)的連連通性。據(jù)據(jù)諾格格公司透透露，自自20110年99月1日日以來，一一架派駐駐加利福福尼亞州州愛德華華茲空軍軍基地?fù)?dān)擔(dān)負(fù)測試試任務(wù)的的B-22飛機(jī)就就一直攜攜帶著上上述設(shè)備備（主要要包括新新型綜合合處理單單元、磁磁盤驅(qū)動(dòng)動(dòng)器和光光纜）進(jìn)進(jìn)行試飛飛。加裝裝上述設(shè)設(shè)備是BB-2轟轟炸機(jī)EEHF衛(wèi)衛(wèi)星通信信系統(tǒng)升升級(jí)計(jì)劃劃”增量”1階段段的主要要內(nèi)容，諾諾格公公司曾于于今年三三月宣布布已經(jīng)開開始在BB-2轟轟炸機(jī)

53、上上安裝這這些設(shè)備備。整個(gè)B-22轟炸機(jī)機(jī)EHFF衛(wèi)星通通信系統(tǒng)統(tǒng)升級(jí)計(jì)計(jì)劃包括括不同復(fù)復(fù)雜程度度的三個(gè)個(gè)階段（“增量”13）。諾格公司聲稱，當(dāng)整個(gè)升級(jí)計(jì)劃完成后，B-2轟炸機(jī)將能通過衛(wèi)星傳送和接收戰(zhàn)場信息，其速度將比目前快100倍以上。美國空軍列列裝的BB-2隱隱形轟炸炸機(jī)武器裝備對(duì)對(duì)于戰(zhàn)爭爭來說具具有重要要的決定定作用，在在科技高高速發(fā)展展的今天天尤為突突出，電電子戰(zhàn)、信信息戰(zhàn)已已經(jīng)出現(xiàn)現(xiàn)端倪，高高科技武武器系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代代軍事的的影響越越來越大大，其中中電子對(duì)對(duì)抗技術(shù)術(shù)、相控控陣?yán)走_(dá)達(dá)遠(yuǎn)程偵偵測技術(shù)術(shù)和靈巧巧武器精精確打擊擊技術(shù)正正逐漸成成為現(xiàn)在在戰(zhàn)爭的的主要手手段。目前在3mmm波段段國

54、外已已經(jīng)有顯顯示裝備備在使用用中，例例如：SSEA TRAACS系系統(tǒng)是美美國海軍軍單面武武器中心心研制的的一部毫毫米波艦艦載火控雷達(dá)達(dá)，它的的低俯仰仰角特性性用于近近程防空空，其海海面搜索索系統(tǒng)和和檢測能能力用于于搜索潛潛望鏡。其其后續(xù)型型SEAA TRRACSS III頻率提提高至994GHHz；mminii-PEEV小型型無人駕駕駛飛機(jī)機(jī)雷達(dá)是是美國MMarttin Marriettt公司司為陸軍軍研制的的94GGHz雷雷達(dá)系統(tǒng)統(tǒng)，用于于坦克定定位和捕捕獲，在在能見度度差，有有煙霧和和密林偽偽裝的情情況下，對(duì)對(duì)敵方目目標(biāo)的識(shí)識(shí)別性能能勝過紅紅外前視視系統(tǒng)；美國HHughhes公公司研制制

55、的Waasp空空地導(dǎo)彈彈在用994GHHz主動(dòng)動(dòng)/被動(dòng)動(dòng)復(fù)合制制導(dǎo)系統(tǒng)統(tǒng)，在嚴(yán)嚴(yán)重地物物雜波的的環(huán)境下下不但可可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)、識(shí)別別目標(biāo)，而而且還具具有選擇擇不同目目標(biāo)的能能力。美美國Noorthhropp Grrummman已已經(jīng)研制制了10024單單元的33mm焦焦平面器器件。這這些核心心芯片應(yīng)應(yīng)用在空空間和電電子戰(zhàn)系系統(tǒng)上能能夠極大大提高戰(zhàn)戰(zhàn)場偵知知能力。毫毫米波高高端系統(tǒng)統(tǒng)正是我我們未來來需求大大力發(fā)展展的國防防裝備之之一。神舟系統(tǒng)的的成功發(fā)發(fā)射和嫦嫦娥探月月工程的的逐步實(shí)實(shí)施將我我國的宇宇航事業(yè)業(yè)更上一一層新的的臺(tái)階，各各種星載載雷達(dá)、宇宇航通信信裝備的的需求將將大大增增強(qiáng)，毫毫米波電電

56、路系統(tǒng)統(tǒng)更是其其中的關(guān)關(guān)鍵部件件，它對(duì)對(duì)我國航航天事業(yè)業(yè)的發(fā)展展和進(jìn)步步尤起著著至關(guān)重重要的作作用。另另外，未未來的外外太空探探索研究究和各種種星球探探測器的的登陸設(shè)設(shè)備均需需要毫米米波電路路進(jìn)行控控制和通通信?，F(xiàn)有毫米波波器件發(fā)展展水平2002年年美國TTriqquinnt公司司采用00.155um GaAAs PPHEMMT工藝藝推出了了兩款88mm低低噪聲放放大器TGGA45507和和TGAA45008。其其中，TTGA445077的工作作頻率為為2836GGHz、增增益為222dBB、噪聲聲系數(shù)為為2.33dB；TGAA45008的工工作頻率率為300422GHzz、增益益為211dB

57、、噪噪聲系數(shù)數(shù)為2.8dBB。 Hittiite公公司目前前代銷了了NGSST的兩兩款低噪噪聲芯片片HMCC-ALLH3669、HHMC-ALHH3766，兩款款芯片均均為GaaAs HEMMT工藝藝，其中中ALHH3699工作頻頻率為224440GHHz、增增益大于于18ddB、噪噪聲系數(shù)數(shù)小于22.0ddB；AALH3376的的工作頻頻率為335445GHHz、增增益大于于12ddB、噪噪聲系數(shù)數(shù)小于22.0ddB。2008年年，美國國mimmix-brooadbbandd公司也也發(fā)布了了一款QQ波段GGaAss LNNA芯片片XB110055-BDD，工作作頻率為為3545GGHz、增增

58、益為大大于200dB、典典型噪聲聲指數(shù)為為2.77dB左左右。2008年年Triiquiint公公司基于于0.115umm GaaAs PHEEMT工工藝設(shè)計(jì)計(jì)了V波波段低噪噪聲放大大器，其其工作頻頻率為557665GHHz、增增益為113dBB、噪聲聲指數(shù)為為4dBB。目前大多數(shù)數(shù)GaNN HEEMT研研究針對(duì)對(duì)的頻段段為S波波段和XX波段，在在S波段段主要用用于移動(dòng)動(dòng)通信基基站， 在X波波段主要要有電子子對(duì)抗、相相控陣?yán)桌走_(dá)等軍軍事應(yīng)用用。越來來越多的的GaNN HEEMT研研究將工工作頻率率擴(kuò)展到到Ka波波段（226-40GGHz）甚甚至毫米米波段，目目標(biāo)是取取代行波波管放大大器應(yīng)用用于

59、雷達(dá)達(dá)以及衛(wèi)衛(wèi)星和寬寬帶無線線通訊。工工作頻率率的提高高要求器器件的柵柵長不斷斷縮小，對(duì)對(duì)于Kaa以上波波段的GGaN HEMMT柵長長一般小小于3000nmm，甚至至要達(dá)到到1000nm左左右。柵柵長的縮縮短一方方面增加加了工藝藝難度，更更為重要要的是短短溝道效效應(yīng)的抑抑制對(duì)器器件結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)提出了了新的挑挑戰(zhàn)。MOCVDD GaaN HHEMTT在400GHzz的微波波功率測測試結(jié)果果加入In00.1GGa0.9N背勢勢壘層的的GaNN HEEMT導(dǎo)導(dǎo)帶示意意圖Mishrra等人人研制了了柵長為為1600nm GaNN HEEMT器器件，所所用MOOCVDD外延材材料的二二維電子子氣濃度

60、度為1.410133cm-2，遷移移率13350ccm2/Vss，MBEE外延材材料的二二維電子子氣濃度度為1.010133cm-2，遷移移率1500cm2/Vss。器件件的最大大電流為為12000-14000mAA/mmm，最大大跨導(dǎo)4400-4500mS/mm，擊擊穿電壓壓大于880V，ffT 600-70GGHz，ffmaxx 855-1000GHzz。MOOCVDD GaaN HHEMTT在400GHzz的微波波功率測測試結(jié)果果顯示，漏漏電壓為為30VV時(shí)，最最大輸出出功率密密度為110.55W/mmm，PPAE為為33。MBBE GGaN HEMMT也顯顯示了很很好的微微波功率率結(jié)果