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。“經(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，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伏特范圍內的簡單直流電壓來產生靜電場，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。“您的電話是您日常生活的重要組成部分，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諧。現(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”能夠將這些開關整合進去。 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生產成百上千種不同的產品。”