Forma corectă este "frate-miu".
Expresia "frate-miu" este o formă afectivă sau familiară de adresare sau referire la un frate. Este echivalentul lui "fratele meu", dar este mai apropiată, informală și afectuoasă.
"Fratemiu" fără cratimă nu este o formă standard în limba română.
Concluzie: Când doriți să folosiți o formă mai afectivă sau informală pentru a vă referi la fratele dumneavoastră, utilizați "frate-miu" cu cratimă.