近年来射频微电子系统(RF MEMS)器件以其尺寸小、功耗低而受到广泛关注,特别是MEMS开关构建的移相器与天线,是实现上万单元相控阵雷达的关键技术,在军事上有重要意义。在通信领域上亦凭借超低损耗、高隔离度、成本低等优势在手机上得到应用。然而RF MEMS开关普遍存在驱动电压高、开关时间长的问题,劣于FET场效应管开关和PIN二极管开关。相对于国外已取得的成果,国内的研究尚处于起步阶段。
射频微电子系统（RF MEMS）是一种先进的技术，因其小型化、低功耗的特性在无线通信和军事领域有着广泛的应用。RF MEMS开关在相控阵雷达和手机通信中扮演着关键角色，因为它们提供了超低损耗、高隔离度和低成本的优势。然而，RF MEMS开关的主要挑战在于其较高的驱动电压和较长的开关时间，这使得它们在性能上不如FET场效应管和PIN二极管开关。
RF MEMS开关的工作原理基于静电吸引力。当施加的电压达到阈值时，开关的梁或膜会迅速移动到下极板，形成通路或断路。开关的设计包括选择适当的材料（如杨氏模量高的材料以确保稳定性）、优化尺寸以平衡静电驱动力和尺寸效应，以及调整结构以改善开关速度。常见的结构类型包括串联和并联悬臂梁开关、扭转臂开关以及电容式开关，每种都有其优缺点。
在模拟和优化方面，电容式开关的驱动电压可以通过调整桥膜长度和消除残余应力来降低。选用Au作为桥膜材料，S3N4作为介电层，通过ANSYS软件进行建模、网格划分、加载和求解，以分析静态和动态行为。通过在膜上挖孔以减少阻尼，可提高开关速度，但可能会影响关态电容比。结合扭转臂杠杆和打孔电容膜的设计，可以降低驱动电压，增加开关速度，同时避免电介质击穿。
制造工艺的选择对开关性能至关重要。氮化硅膜的生长通常采用LP-CVD工艺，介质膜则采用PECVD工艺，金属膜则通过溅射法沉积。高阻硅和二氧化硅作为基底材料，以保证低漏电流和良好的绝缘性。金和铝分别用于信号线和极板，但这些工艺的实际实现可能会受到国内加工能力的限制。
尽管在结构创新和计算机模拟方面取得了一些进展，但降低驱动电压、提高开关速度以及确保实际产品可靠性和实用性的研究仍然需要进一步深入。在未来，这些技术的改进将推动RF MEMS开关在更多领域的广泛应用。
