基于石墨烯的新型毫米波传输线结构和特性研究

毫米波单片微波集成电路的最大问题是片上无源器件品质因数差、传输线损耗高，严重制约单片微波集成电路性能的进一步提高。石墨烯因其独特的分子和电子结构，具有优异电学、热学和力学性能，电导率高、可承载很高的电流密度、热导率高于Cu的100倍，而且石墨烯导体没有趋肤效应，可望大幅度减小寄生电容、邻近效应及其损耗，在毫米波传输线技术领域中将具有重要的应用价值。本课题拟研制石墨烯毫米波传输线、研究其高频输运特性及其机制，寻找构建基于石墨烯无源器件的关键技术，为探索可集成于微波电路的石墨烯毫米波传输线奠定实验和理论基础。

石墨烯因其优异特性备受关注，它有很高的载流子迁移率、电流密度和热导率，且无集肤效应，可望替代其它材料而用于射频电子器件中。近年来，基于石墨烯的射频场效应晶体管(RF-FET)取得了重要进展，其性能大幅度提高。但基于石墨烯的无源器件并未引起足够关注。铜传输线存在严重的可靠性问题，诸如电迁移、高频集肤效应和铜的自氧化问题等。本报告将报道石墨烯传输线的研究进展，主要内容有：(i)石墨烯薄膜的合成、转移和表征；(ii)研制共面波导(CPW)的关键技术和工艺；(iii)利用HFSS仿真模拟传输线特性； (iv)石墨烯传输线的高频特性，包括CPW结构中各种尺寸对其特性的影响。本课题考察了石墨烯应用于传输线的可行性，可为探索可集成于微波电路的石墨烯毫米波传输线奠定实验和理论基础。期望利用石墨烯传输线，并结合其它碳基器件，期望将来可实现全碳微波电路。