二十年前，專門研究射頻電路的工程師設想了一種“理想的開關”。這種開關“打開”時，它將具有超低電阻，“關閉”時將具有超高電阻等等。它體積小巧，快速，易于制造，能夠切換相當大的電流，能夠承受數(shù)十億次的開-關循環(huán)，并且只需很少的電源即可工作。它可以將信號傳導至幾十甚至幾百兆赫茲，并且完全沒有失真（接近完美的線性度）。

這不是異想天開的事情，在新興的大型行業(yè)中已經(jīng)有了為這種轉(zhuǎn)變準備好的市場。在微機電系統(tǒng)（MEMS）的突破下，重大項目遍布美國和歐洲。許多是由國防高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency ）或歐盟卓越網(wǎng)絡資助（European Union Network of Excellence）的。 而現(xiàn)在，經(jīng)過更長時間，更動蕩的技術開發(fā)努力之后，RF MEMS開關終于出現(xiàn)了走向商業(yè)成功的道路。 在美國，尤其是兩家公司似乎在快速發(fā)展和競爭激烈的市場中已經(jīng)站穩(wěn)了腳跟。一家是位于加利福尼亞州爾灣市GE Ventures的子公司Menlo Micro。該公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼高級副總裁Chris Giovaniello表示，他們在航空航天，軍事和無線基礎設施行業(yè)擁有30多個客戶。 與此同時，去年10月被領先的無線設備和系統(tǒng)制造商Qorvo收購的Cavendish Kinetics成立的初衷是為了開發(fā)用于智能手機等領域的RF MEMS開關。雙方都沒有公布這個交易的具體條款，但 Cavendish已在至少三輪融資中籌集了超過5800萬美元（半導體巨頭ADI公司還銷售用于測試和儀器應用的RF MEMS開關。） 在經(jīng)歷了漫長而動蕩的間歇性希望破滅之后，RF MEMS開關取得了成功?！敖?jīng)過許多很多公司的嘗試，我們成功了這兩個，在這個過程中也許有20家公司倒閉了，并引起了激烈的競爭， ”Gabriel Rebeiz說，他是RF MEMS研發(fā)的先驅(qū)，也是加州大學圣地亞哥分校的電氣工程學教授。 “對于技術初創(chuàng)公司來說，10%的成功率是正常的?！? 新器件將機電繼電器開關的某些最佳功能（超低電阻和泄漏電流以及非常高的線性度）與半導體開關的一些優(yōu)點結合在一起：小尺寸，非常高的可靠性和堅固性。從概念上講，它們類似于繼電器開關。在操作中，靜電力將被稱為致動器或懸臂的導電束拉向電觸點。與繼電器由電磁體觸發(fā)的繼電器不同，RF MEMS開關使用50至100伏特范圍內(nèi)的簡單直流電壓來產(chǎn)生靜電場，該電場將電子束拉至觸點。（相對較高的電壓來自由3V至5V電路電壓供電的DC-DC轉(zhuǎn)換器。）由于磁場是靜態(tài)的，因此電流和功耗非常低。 Giovaniello說，最困難的技術挑戰(zhàn)之一是找到一種可以承受數(shù)十億次彎曲過程的導電合金。他說：“真正的問題是執(zhí)行器?！?“這正是GE投入大量精力開發(fā)合金的地方。我們已經(jīng)開發(fā)了一些高導電性的專有合金，這些合金真的非常適合繼電器使用。但是它們的機械強度極高，幾乎就像多晶硅一樣。 他補充說：“幾十年來，GE在用于噴氣發(fā)動機的合金方面做了很多工作，實際上是其中一些人幫助我們解決了一些基本的可靠性問題?！?Menlo尚未透露其合金的成分，但是GE和Menlo的工程師在大約五年前撰寫的研究論文表明，他們當時正在使用鎳和金的單獨合金。 Giovaniello說，Menlo的一些客戶正在無線基站，軍用無線電或相控陣雷達中使用這些設備（尺寸約為50 x 50微米）。先進的無線電和無線系統(tǒng)越來越多地處理許多不同的頻帶，每個頻帶由一個或多個不同的濾波器“選擇”。他說：“我們的客戶射頻中有20個濾波器?！?“當您必須使用傳統(tǒng)開關在許多濾波器之間進行選擇時，通過所有開關來選擇所有不同的濾波器會造成很大的損失?！?他解釋說，功率損耗總計為3到4分貝，并指出降低3 dB意味著損耗高達50％。 同時，Qorvo的目標是智能手機內(nèi)部的應用（Menlo Micro也是如此）。Qorvo技術開發(fā)高級總監(jiān)朱Julio Costa表示，這是一個巨大的市場，每年售出約十億部智能手機，但對組件的要求也極為嚴格?！澳碾娫捠悄粘Ｉ畹闹匾M成部分，因此，如果[新組件]是不可靠的，它將不會被合并?！? Costa解釋說，智能手機中的設備有兩種明顯的可能用途。Qorvo追求的第一個是天線調(diào)諧?，F(xiàn)代的智能手機最多具有八個天線，以容納隨著無線網(wǎng)絡從4G過渡到5G而不斷增長的許多頻帶。為了更好地使天線與頻率匹配，沿著天線嵌入的開關可以更改其配置，還可以切換到電容器或電感器之類的諧振設備，以微調(diào)天線的響應。對于這種應用，手機制造商現(xiàn)在使用基于絕緣體上硅（SOI）技術的半導體開關。但是，MEMS設備可能具有更高的頻率和線性度，使其成為有吸引力的替代方案，尤其是對于某些5G頻段，Costa說。他希望看到手機在“幾年之內(nèi)”能夠?qū)⑦@些開關整合進去。 在歐洲，長期的研發(fā)項目也在緊隨其后。一家名為AirMems的初創(chuàng)公司正在根據(jù)法國里摩日大學的工作來營銷RF MEMS開關。而在德國，研究所IHP（高性能微電子創(chuàng)新）開發(fā)的過程中，集成了RF MEMS開關直接到雙極CMOS芯片。 Giovaniello在一次廣泛的采訪中說，無線，雷達和儀器應用僅僅是開始。他宣布Menlo Micro已經(jīng)設法通過其中一個微型開關傳導20安培的電流，他設想該設備將作為一種“可復位的，電子控制的保險絲”在未來發(fā)揮作用。 他補充說：“每隔幾代人，都會出現(xiàn)一種新技術，為您提供一種不同的開關制造方式?！?“ 100年前只有機械設備，然后有真空管，然后是晶體管，然后是集成電路。如果您考慮一下，它們都是進行切換的不同方式。 “這就是我們喜歡描述這種理想開關技術的方式。它是機械和半導體領域的佼佼者的結合，但最終，它是一種用于制造開關的新工藝技術，它將使我們和我們的合作伙伴在未來十年內(nèi)生產(chǎn)成百上千種不同的產(chǎn)品?！?