石墨烯在高频领域的研究现状及发展趋势

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。IBM华裔研究人员林育明的该发现证明，两层石墨烯有望应用于各种各样的领域。

IBM采用双层石墨烯结构降低器件噪声

2009年5月，美国HRL实验室称在高质量2英寸石墨烯薄膜及其射频场效应晶体管方面取得了突破，下图显示了器件的结构和电子输运特性。HRL资深科学家Jeong-Sun Moon表示，该器件拥有全球最高的场迁移率，约6000cm²/Vs，是现阶段最先进硅基n-MOSFET的6-8倍。他们使用Aixtron的VP508 CVD反应设备，通过从6H-SiC晶体中升华硅的方法，成功制成了石墨烯薄膜。之后使用标准的光刻胶工艺和氧反应离子刻蚀技术制备了晶体管。

HRL实验室在2英寸石墨烯薄膜上的射频场效应晶体管

在2010年2月出版的《Science》杂志上，IBM的研究人员展示了一种由SiC单晶衬底上生长石墨烯材料制作而成的场效应晶体管（FET），其截止频率可达100 GHz，这是运行速度最快的射频石墨烯晶体管。这一成就是美国国防部高级研究计划局(DARPA)"碳电子射频应用项目" (CERA)取得的重大进展，为研发下一代通信设备铺平了道路。研究人员通过使用与现行的先进硅器件制造技术相兼容的加工技术制成了晶圆规模、外延生长的石墨烯，从而达成了此高频记录。

2010年6月，石墨烯FET突破上次记录。来自IBM公司的Ph.Avouris， 林育明等人运用SiC高温升华法，把2英寸4H-SiC Si面衬底在1450℃下高温退火，制得大部分由单层石墨烯覆盖的2英寸片。经氧等离子体刻蚀形成沟道区，热蒸发源漏金属电极，ALD方法制备栅电介质，最终制备出栅长为90nm，截止频率fT达到170GHz的FET器件。

2011年6月10日，IBM 的研究人员在《Science》上发表了晶圆级石墨烯集成电路的最新结果，将石墨烯场效应晶体管和电感单片集成在SiC衬底上，研制出最高可工作到10GHz的宽带混频器集成电路，如下图所示。

IBM最新研制的石墨烯混频器照片

2013年由Roman Sordan领导的来自米兰理工大学 (Politecnico di Milano) 和伊利诺伊大学Eric Pop 学院(Eric Pop of the University of Illinois) 的小组称他们制作出了第一个集成石墨烯振荡器，并可在1.28 GHz下运行。和传统的硅CMOS装置及早期的二维材料装置相比，这种振荡器对电源电压的波动更加不敏感。研究小组称，这种环形振荡器是实现全石墨烯微波电路道路上重要的一步。该研究成果发表在 ACS Nano上。

2014年美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员公布了一项研究成果：用石墨烯制作的天线非常适于利用频率在0.1THz到10THz之间的电磁波，即"太赫兹波"的无线通信。于是，制作用一般金属天线无法实现的约1μm长太赫兹无线模块就有了实现的可能。

IBM于2014年初又取得了一项里程碑式的技术突破，利用主流硅CMOS工艺制作了世界上首个多级石墨烯射频接收器，并进行了文本信息收发测试，结果表明，它的性能比以往的石墨烯集成电路好1000倍，达到了与硅技术的现代无线通信能力相媲美的程度。研究发表在2014年出版的《自然通讯》(Nature Communications)上。

欧洲

欧盟FP7框架计划2008年1月发布了石墨烯基纳米电子器件项目。该项目为FP7的联合研究项目，主要研究"超越CMOS"(Beyond CMOS)领域的技术，参加机构包括德国AMO有限公司、意大利大学纳米电子研究组(IUNET)、英国剑桥大学半导体物理组(UCAM DPHYS)、法国原子能机构(CEA)的LETI和法国STMicroelectronics SAS、爱尔兰科克大学(University College Cork)的Tyndall纳米研究所等组成。项目经费为239万欧元，研究周期为2008年1月1日至2010年12月31日。

欧洲研究理事会(ERC)资助了石墨烯物理性能和应用研究项目。项目研究经费为177.5万欧元，研究周期为3年，负责机构为英国曼彻斯特大学物理与天文学院。该项目有三个主要方向：(1)重点研究石墨烯薄膜和独特的一维性能；(2)模拟无质量相对论粒子的石墨烯电荷载体；(3)石墨烯晶体管的应用研究。欧洲科学基金会(ESF)2008年12月发布了扩大石墨烯研究在科学和创新方面的影响力的基金申请项目，即欧洲石墨烯项目(EuroGRAPHENE)，共有19个国家的20个基金资助机构参与该项目的资助