石墨烯在高频领域的研究现状及发展趋势

机、手机等产品都需要芯片，而性能更强的芯片也就意味着更强的数据处理能力，意味着更快的通讯速度。举例来说，目前主流的4G系统基站虽然已经采用了负责基带处理的BBU+负责射频的RRU通过光纤拉远的架构，但由于机房站址资源日益稀缺和高成本，将BBU集中设置以节省机房的需求越来越强烈，同时也要求对基带资源共享、集中调度等功能的实现。由于基带信号对带宽和各项处理资源的消耗很大，现有芯片和背板处理速度根本无法实现更大规模的基带资源集中调度和共享，同时在散热、功耗等方面也面临很大挑战。

若采用石墨烯材料，不但芯片处理能力、数据交换速率能得到大幅提升，石墨烯良好的导热、导电和耐温特性也使得在散热、功耗方面的要求降低，进而实现处理能力达到上万载频的集中式基带资源池。

石墨烯也可以作为天线的材料。美国佐治亚理工学院无线宽带网络实验室提出石墨烯无线天线构想，该构想中，由石墨烯制成的天线以1000GHz的频率正常工作，远超目前常规的天线。如果这个构想成为现实，那么就意味着更多高频段的频谱资源可以被开发出来用于未来的无线通信系统，从而提供更大的系统带宽和吞吐速率。　

石墨烯毫米波器件优势及军事领域的应用

石墨烯由于其特有的高迁移率、良好的噪声性能等，在低噪声放大应用中具有很大优势，能广泛的应用于W波段以及以上波段的毫米波单片集成电路（MMIC）和低噪声放大器等电路中，在毫米波、亚毫米波乃至太赫兹器件等方面具有重大的应用前景。

半导体材料在微波毫米波器件的应用频段

基于石墨烯沟道的超高速、超低噪声、超低功耗的场效应晶体管及其集成电路，可望突破当前高频电子器件的高成本、低分辨率及高功耗的瓶颈，为开发新型高分辨成像技术、高性能雷达系统、高频宽带通信技术、超级计算机技术提供新的思路和解决方案。

专家预测石墨烯的研究成果将对高端军用系统的创新发展产生难以估量的冲击力，包括毫米波精密成像系统、毫米波超宽带通信系统、雷达及电子战系统等。这些系统应用于军事装备，可以大大提高军队在3mm波段的电子对抗、通信、雷达系统的水平，实现信息化和自动化的新的跨越。

国外研究现状及发展趋势

自2004年英国曼彻斯特大学的两位物理学家首次制备出石墨烯以来，石墨烯受到全世界科学家的广泛关注，许多发达国家都对石墨烯的研究投入了大量的人力和财力。

美国

美国近年来对石墨烯的经费投入非常巨大，大大推动了他们在该方面的科学进展。已经把石墨烯定位于最可能取代Si材料的下一代半导体材料，军方、企业界、大学都花了很大的人力、财力、物力进行石墨烯材料和器件的研究。DAPRA统筹规划，从石墨烯材料制备、器件工艺、电路等方向齐头并进，并已经制作出W波段的低噪声放大器。

美国国防部高级研究计划署(DARPA)2008年7月发布了碳电子射频应用项目(总资2 200万美元)，主要开发超高速和超低能量应用的石墨烯基射频电路，即用石墨烯制造电脑芯片和晶体管。该项目的最终目标(2012年9月结题之前)是完成石墨烯晶体管的高性能(＞10 000 cm2 Vs-1霍耳迁移率)、W波段(＞90 GHz)低噪声放大器的实证研究，以及使200 mm晶圆的产量＞90%，使它们具有成本效益。

美国国家科学基金会(NSF)2009年5月发布了石墨烯基材料超电容应用项目，主要研究内容包括：(1)开发石墨烯基电子材料，提高超级电容器性能，使其具有较高的能量和功率密度；(2)表征石墨烯基电子材料的形态、结构和性能特征；(3)加强对石墨烯基超级电容器中电化学双层和决定其性能因素的基本认识；(4)调查离子液体作为石墨烯基超级电容器电解液的相容性；(5)开发新型超级电容器电池组装工艺和电池测试方法。项目研发经费为63.4万美元，研究周期为2009年7月1日至2012年7月30日，由得州大学奥斯汀分校具体负责研究和实施。

美国结构材料工业公司(SMI)2009年11月宣布，获得NSF的小型企业技术转移项目(STTR)一期资助，用于开发以石墨烯为基质的高灵敏度NOx探测器。其合作方为康奈尔大学、南卡罗来纳大学，分别提供石墨烯薄膜生长技术和气体探测器表征技术。

2008年3月：IBM沃森研究中心的科学家在世界上率先制成了基于SiC衬底的低噪声石墨烯晶体管。普通的纳米器件随着尺寸的减小，被称做1/f的噪音会越来越明显，使器件信噪比恶化。这种现象就是"豪格规则(Hooge's law)"，石墨烯、碳纳米管以及硅材料都会产生该现象。因此，如何减小1/f噪声成为实现纳米元件的关键问题之一。IBM通过重叠两层石墨烯，试制成功了晶体管。由于两层石墨烯之间生成了强电子结合，从而控制了1/f噪音。I