radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2026-29-1-6-29radioelectronics-1111Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА СВЧMICROWAVE ELECTRONICSМикроэлектромеханические системы для переключения радиочастотных каналов (обзор)Microelectromechanical Systems for Radio Frequency Channel Switching (Review)https://orcid.org/0000-0002-4716-2969ТоринаЕ. М.TorinaE. M.

Торина Елена Михайловна – кандидат технических наук (2016), доцент кафедры формирования и обработки радиосигналов; старший научный сотрудник. Автор более 40 научных работ. Сфера научных интересов: радиофизика и электроника; устройства генерирования и формирования радиосигналов.

Красноказарменная ул., д. 14, Москва, 111250

Elena M. Torina, Cand. Sci. (Eng.) (2016), Associate Professor of the Department of Radio Signal Generation and Processing; Senior Researcher. The author of more than 40 scientific publications. Area of expertise: radiophysics and electronics; radio signals oscillators.

dro.em@yandex.ruКочемасовВ. Н.KochemasovV. N.

Кочемасов Виктор Неофидович – кандидат технических наук (1976), генеральный директор. Автор более 150 научных публикаций. Сфера научных интересов: радиотехника; устройства формирования и обработки радиосигналов; фильтры СВЧ; синтезаторы частот и сигналов.

Волгоградский пр., д. 42, Москва, 109316

Victor N. Kochemasov, Cand. Sci. (Eng.) (1976), General Director. The author of more than 150 scientific publications. Area of expertise: radio engineering; devices for the generation and processing of radio signals; microwave filters; synthesizers of frequencies and signals.

kochemasovdv@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-6507-6573СафинА. Р.SafinA. R.

Сафин Ансар Ризаевич – доктор физ.-мат. наук (2024), доцент, профессор РАН, профессор кафедры формирования и обработки радиосигналов; заместитель директора по научной работе. Автор более 100 научных публикаций. Сфера научных интересов: радиофизика и электроника; физика магнитных явлений; спинтроника.

Красноказарменная ул., д. 14, Москва, 111250

Ansar R. Safin, Dr Sci. (Phys.-Math.) (2024), Associate Professor, Professor of RAS, Professor of the Department of Formation and Processing of Radio Signals; Deputy Director for Research. The author of more than 100 scientific publications. Area of expertise: radiophysics and electronics; physics of magnetic phenomena; spintronics.

arsafin@gmail.comООО "Радиокомп"; Национальный исследовательский университет "МЭИ"РоссияLLC "Radiokomp"; National Research University "Moscow Power Engineering Institute"Russian FederationООО "Радиокомп"РоссияLLC "Radiokomp"Russian FederationНациональный исследовательский университет "МЭИ"; Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наукРоссияNational Research University "Moscow Power Engineering Institute"; Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of SciencesRussian Federation202610032026291629Copyright © Торина Е.М., Кочемасов В.Н., Сафин А.Р., 20262026Торина Е.М., Кочемасов В.Н., Сафин А.Р.Torina E.M., Kochemasov V.N., Safin A.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/1111

Введение. С ростом требований к показателям качества и линейности радиочастотных переключателей сигналов все больший интерес вызывают переключатели на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС-ПК). Они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими технологиями. В статье рассмотрены особенности работы и производства МЭМС-ПК. Описаны технологии изготовления и герметизации, механизмы деградации параметров МЭМС-ПК и рассмотрены возможные конструктивные решения, позволяющие улучшить показатели качества устройства. Представлены количественные параметры производимых МЭМС-ПК. Цель работы. Обзор устройства и производства МЭМС-переключателей, а также факторов, способствующих и препятствующих массовому распространению этих устройств. Материалы и методы. В основе поиска и подбора литературы для обзора лежит хронологический принцип. Глубина поиска для рассмотрения параметров конечных компонентов не более 10 лет, для рассмотрения технологий и структурных решений – более 10 лет, ввиду желания проследить историю создания МЭМС-переключателей. Конечный массив источников сформирован из научных публикаций, содержащих фактографическую информацию, представленную в обзоре, или дополняющих ее, а также официальных данных от производителей устройств. Результаты. Описаны основные характеристики, технологии производства и корпусирования; испытания, необходимые для описания параметров конечных устройств; рассмотрены материалы, используемые для изготовления МЭМС-ПК. Описаны механизмы деградации, известные на данный момент, и способы борьбы с ними. Рассмотрены конструкционные решения, позволяющие улучшить показатели качества МЭМС-переключателей. Рассмотрены достижимые параметры МЭМС-переключателей, предлагаемые на данный момент производителями. Заключение. Несмотря на то, что изготовление структурных частей МЭМС-переключателей относительно недорого за счет схожести технологических процессов с хорошо отработанным КМОП-процессом, стоимость МЭМС-ПК пока значительно превышает стоимость изготовления транзисторных и p–i–n-диодных переключателей. Наиболее дорогостоящими являются этапы корпусирования и испытаний. Для большинства приложений использование МЭМС-ПК предпочтительнее, чем электромеханических реле, по ряду показателей. Замена твердотельных переключателей на МЭМС-ПК целесообразна тогда, когда определяющими показателями качества являются линейность и уровень FOM, а не габариты и скорость переключения. В любом случае следует ожидать дальнейшего активного развития рынка МЭМС-ПК и улучшения их характеристик.

Introduction. In view of the growing demand for the quality and linearity of RF signal switches, microelectromechanical system (MEMS)-based switches (MEMS-SW) are attracting particular interest. Such devices offer several advantages over other technologies. This article examines the operational and manufacturing specifics of MEMS-SWs, including fabrication and sealing technologies, degradation mechanisms, and design improvements expected to enhance the device performance. Quantitative parameters of commercially available MEMS-SWs are presented. Aim. To review MEMS switch design, production, and factors influencing their mass adoption. Materials and methods. The literature review follows a chronological approach. For evaluating end-component parameters, sources published over the past 10 years were prioritized, while technologies and structural solutions were traced over longer periods to document the evolution of MEMS switches. The final dataset comprised peer-reviewed publications with factual data and official manufacturer specifications. Results. Key characteristics, production and packaging technologies, and required testing methods are described. Materials for MEMS-SW fabrication are analyzed, along with known degradation mechanisms and mitigation strategies. Design solutions for enhancing the performance and parameters of current MEMS-SW are discussed. Conclusion. Although MEMS switch structural components are relatively affordable due to the similarities of fabrication processes with CMOS technology, MEMS-SWs costs remain significantly higher than those of transistor and PIN diode switches, primarily due to packaging and testing expenses. MEMS-SWs outperform electromechanical relays in most applications and are preferable for solid-state switches when linearity and FOM are critical, rather than the size or the switching speed. Continued market growth and performance improvements are anticipated.

МЭМС-переключательпараметры МЭМСдеградация МЭМСMEMS switchMEMS parametersMEMS degradationReferencesA Review of Actuation and Sensing Mechanisms in MEMS-Based Sensor Devices / A. S. Algamili, M. H. M. Khir, J. O. Dennis et al. URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7838232/ (дата обращения: 03.02.2026).Algamili A. S., Khir M. H. M., Dennis J. O. et al. A Review of Actuation and Sensing Mechanisms in MEMS-Based Sensor Devices. Available at: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7838232/ (accessed: 03.02.2026).Гридчин А. Микроэлектромеханические реле: технология ближайшего будущего // Электронные компоненты. 2003. № 7. С. 38–40.Gridchin A. Microelectromechanical Relays: Technology of the Near Future. Electronic Components. 2003, no. 7, pp. 38–40. (In Russ.)Rebeiz G. M., Muldavin J. B. RF MEMS switches and switch circuits // IEEE Microwave magazine. 2001. Vol. 2, iss. 4. P. 59–71. doi: 10.1109/6668.969936Rebeiz G. M., Muldavin J. B. RF MEMS Switches and Switch Circuits. IEEE Microwave Magazine. 2001, vol. 2, iss. 4, pp. 59–71. doi: 10.1109/6668.969936Iannacci J. RF-MEMS technology for high performance passives. Chapter 1. Bristol: IOP Publishing, 2022. 39 p.Iannacci J. RF-MEMS Technology for High Performance Passives. Chapter 1. Bristol, IOP Publishing, 2022, 39 p.The search for a reliable MEMS switch / G. M. Rebeiz, Ch. D. Patel, S. K. Han, C.-H. Ko, K. M. J. Ho // IEEE microwave magazine. 2013. Vol. 14, iss. 1. P. 57–67. doi: 10.1109/MMM.2012.2226540Rebeiz G. M., Patel Ch. D., Han S. K., Ko C.-H., Ho K. M. J. The Search for a Reliable MEMS Switch. IEEE Microwave Magazine. 2013, vol. 14, iss. 1, pp. 57–67. doi: 10.1109/MMM.2012.2226540Кочемасов В., Майстренко А. СВЧ-переключатели на основе МЭМС // СВЧ-электроника. 2016. № 1. С. 36–42.Kochemasov V., Maistrenko A. Microwave Switches Based on MEMS. Microwave Electronics. 2016, no. 1, pp. 36–42. (In Russ.)Расчет рабочих характеристик МЭМС-переключателя с увеличенным отношением емкостей / И. В. Уваров, Н. В. Марухин, П. С. Шлепаков, Ф. Лукичев // Микроэлектроника. 2020. Т. 49, № 4. С. 271–280. doi: 10.31857/S0544126920040110Uvarov I. V., Marukhin N. V., Shlepakov P. S., Lukichev F. Calculation of Operational Characteristics of MEMS Switch with Increased Capacitance Ratio. Microelectronics. 2020, vol. 49, no. 4, pp. 271–280. (In Russ.)Щаврук Н. В. Сравнение микроэлектромеханических переключателей для коммутации СВЧ-сигнала // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2013. Т. 13, № 1. С. 191–197.Shchavruk N. V. Comparison of Microelectromechanical Switches for Microwave Signal Switching. Fundamental Problems of Radioelectronic Instrument Engineering. 2013, vol. 13. no. 1, pp. 191–197. (In Russ.)Сокин А. Типы радиочастотных и СВЧ переключателей // Электронные компоненты. 2015. № 8. С. 93–94.Sokin A. Types of Radio and Extra-high Frequency Switches. Electronic Components. 2015, vol. 8, pp. 93–94. (In Russ.)Деградационные процессы устройств микросистемной техники / М. С. Харламов, П. И. Дидык, А. А. Жуков, В. П. Безмен // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2018. Т. 5, № 3. С. 87–96. doi: 10.30894/issn2409-0239.2018.5.3.87.96Kharlamov M. S., Didyk P. I., Zhukov A. A.,Bezmen V. P. Degradation Processes in Microsystem Devices. Rocket-Space Device Engineering and Information Systems. 2018, vol. 5, no. 3, pp. 87–96. (In Russ.) doi: 10.30894/issn2409-0239.2018.5.3.87.96Analytical approach in the development of RF MEMS switches / I. E. Lysenko, A. V. Tkachenko, E. V. Sherova, A. V. Nikitin // Electronics. 2018. Vol. 7, № 12. Art. № 415. doi: 10.3390/electronics7120415Lysenko I. E., Tkachenko A. V., Sherova E. V., Nikitin A. V. Analytical Approach in the Development of RF MEMS Switches. Electronics. 2018, vol. 7, no. 12, art. no. 415. doi: 10.3390/electronics7120415Шурыгина В. В поисках стандартов МЭМС. Фермеры против ковбоев // Электроника: наука, технология, бизнес. 2013. № 3. С. 119–126.Shurygina V. In Search of Mems Standards. Fermers and Cowboys. Electronics: Science, Technology, Business. 2013, vol. 3, pp. 119–126. (In Russ.)Васильев А., Борисов Е. Производство МЭМС. Перспективы и решения // Электроника: наука, технология, бизнес. 2012. № 3. С. 60–65.Vasiliev A., Borisov E. MEMS Production. Future Directions and Solutions. Electronics: Science, Technology, Business. 2012, vol. 3, pp. 60–65. (In Russ.)MEMS test equipment standardization: A path to efficiency and cost reduction. URL: https://www.spea.com/en/news/the-future-of-mems-testing-lies-in-standardization/ (дата обращения: 16.11.2025)MEMS test equipment standardization: A path to efficiency and cost reduction. Available at: https://www.spea.com/en/news/the-future-of-mems-testing-lies-in-standardization/ (accessed: 16.11.2025)Ebel J. L., Hyman D. J., Newman H. S. RF MEMS testing-beyond the S-parameters // IEEE Microwave Magazine. 2007. Vol. 8, iss. 6. P. 76–88. doi: 10.1109/MMM.2007.907737Ebel J. L., Hyman D. J., Newman H. S. RF MEMS Testing-Beyond the S-Parameters. IEEE Microwave Magazine. 2007, vol. 8, iss. 6, pp. 76–88. doi: 10.1109/MMM.2007.907737МЭМС-переключатели электростатического типа с низким напряжением срабатывания / И. В. Уваров, В. В. Наумов, О. М. Королева, Е. Ваганова // Тр. Физико-технологического института. 2017. Т. 26. С. 55–74.Uvarov I. V., Naumov V. V., Koroleva O. M., Vaganova E. Electrostatically Actuated MEMS Switches with Low Actuation Voltage. Proc. of the Physical Technological Institute. 2017, vol. 26, pp. 55–74. (In Russ.)Тимошенков С. П., Бойко А. Н., Калугин В. В. Особенности герметизации микромеханических приборов // Оборонный комплекс – научно техническому прогрессу России. 2005. № 1. С. 24–28.Timoshenkov S. P., Boyko A. N., Kalugin V. V. Features of Hermetic Sealing of Micromechanical De vices. Defense Complex – Scientific and Technical Progress of Russia. 2005, no. 1, pp. 24–28. (In Russ.)Анализ современных технологий объемного микропрофилирования кремния для производства чувствительных элементов датчиков и МЭМС / Л. В. Соколов, А. А. Жуков, Н. М. Парфенов, А. Е. Ануров // Нано-и микросистемная техника. 2014. № 10. С. 27–35.Sokolov L. V., Zhukov A. A., Parfenov N. M., Anurov A. E. Analysis of Modern Technologies Surround Microproteinuria Silicon for the Production of Sensitive Elements of Sensor and MEMS. Nano and Microsystems Technology. 2014, vol. 10, pp. 27–35. (In Russ.)Aharon O., Gal L., Nemirovsky Y. Hybrid RF MEMS switches realized in SOI wafers by bulk micromachining // J. of microelectromechanical systems. 2010. Vol. 19, iss. 5. P. 1162–1174. doi: 10.1109/JMEMS.2010.2067438Aharon O., Gal L., Nemirovsky Y. Hybrid RF MEMS Switches Realized in SOI Wafers by Bulk Micromachining. J. of Microelectromechanical Systems. 2010, vol. 19, iss. 5, pp. 1162–1174. doi: 10.1109/JMEMS.2010.2067438Шурыгина В. Радиочастотные МЭМС+ КМОП. Отработанная технология, готовая к часу пик. Ч. 1, 2 // Электроника: наука, технология, бизнес. 2014. № 2, 3. С. 141–148, 149–174.Shurygina V. Radiofrequency MEMS + CMOS. Matured Technology Ready for the Peak Hour. Electronics: Science, Technology, Business. 2014, no. 2–3, pp. 141–148, 149–174. (In Russ.)Конухов Н. В. Сравнительная характеристика материалов для ВЧ-МЭМС переключателей // Россия молодая: передовые технологии – в промышленность. 2021. № 1. С. 18–22. doi: 10.25206/2310-4597-2021-1-18-22Konukhov N. V. Comparative Characteristics for RF MEMS Switches. Young Russia: Advanced Technologies in Industry. 2021, vol. 1, pp. 18–22. (In Russ.)Корляков А. В., Лагош А. В., Лучинин В. В. Микроэлектромеханический ключ для СВЧ применения на основе пленок карбида кремния // Электронная техника. Сер. 1: СВЧ-техника. 2013. № 3. С. 80–85.Korlyakov A. V., Lagosh A. V., Luchinin V. V. Microelectromechanical Switch for Microwave Applications Based on Silicon Carbide Films. Electronic Engineering. Ser. 1: Microwave Engineering. 2013, no. 3, pp. 80–85. (In Russ.)Лагош А. В., Корляков А. В. Механизмы де градации ВЧ МЭМС-ключей // Нано и микросистемная техника. 2016. Т. 18, № 5. С. 316–331.Lagosh A. V., Korlyakov, A. V. Degradation Mechanisms of RF MEMS Switches. Nano and Microsystem Technology. 2016, vol. 18, no. 5, pp. 316– 331. (In Russ.)Видрицкий А. Э., Ланин В. Л. Вакуумноплотная герметизация микроболометров // Актуальные проблемы физики, электроники и энергетики. 2023. С. 91–96.Vidritsky A. E., Lanin V. L. Vacuum-Tight Sealing of Microbolometers. 2023, pp. 91–96. (In Russ.)Технологии вакуумной герметизации МЭМС / С. П. Тимошенков, А. Н. Бойко, Б. М. Симонов, А. В. Заводян // Изв. вузов. Электроника. 2010. № 1 (81). С. 11–23.Timoshenkov S. P., Boyko A. N., Simonov B. M., Zavodyan A. V. Technologies of Vacuum Hermetic Sealing of MEMS: Review. News of Higher Educational Institutions. Electronics. 2010, no. 1 (81), pp. 11–23. (In Russ.)Uvarov I. V. Migration of adhesive material in electrostatically actuated MEMS switch // Microelectronics Reliability. 2021. Vol. 125. Art. № 114372.Uvarov I. V. Migration of Adhesive Material in Electrostatically Actuated MEMS Switch. Microelectronics Reliability. 2021, vol. 125, art. no. 114372.Lazarou P., Aspragathos N. A. Planar micromanipulation on microconveyor platforms: recent developments // Mechatronics and Manufacturing Engineering: Research and Development. Cambridge: Wood head Publishing, 2012. P. 47–97.Lazarou P., Aspragathos N. A. Planar Micromanipulation on Microconveyor Platforms: Recent Developments. Mechatronics and Manufacturing Engineering: Research and Development. Cambridge, Woodhead Publishing, 2012, pp. 47–97.Delijani F., Fard A. Improve the Reliability and Increased Lifetime of Comb Drive Structure in RF MEMS Switch // Fundamental Research in Electrical Engineering: The Selected Papers of The 1st Intern. Conf. on Fundamental Research in Electrical Engineering. Singapore: Springer, 2019. P. 473–482.Delijani F., Fard A. Improve the Reliability and Increased Lifetime of Comb Drive Structure in RF MEMS Switch. Fundamental Research in Electrical Engineering: The Selected Papers of The1st Intern. Conf. on Fundamental Research in Electrical Engineering. Singapore, Springer, 2019, pp. 473–482.Bulk micromachined relay with lateral contact / Z. Li, D. Zang, T. Li, W. Wang, G. Wu // J. of Micro mechanics and Microengineering. 2000. Vol. 10, № 3. Art. № 329. doi: 10.1088/0960-1317/10/3/305Li Z., Zang D., Li T., Wang W., Wu G. Bulk Micromachined Relay with Lateral Contact. J. of Micromechanics and Microengineering. 2000, vol. 10, no. 3, art. no. 329. doi: 10.1088/0960-1317/10/3/305Cao T., Hu T., Zhao Y. Research status and development trend of MEMS switches: A review // Micromachines. 2020. Vol. 11, iss. 7. Art. № 694. doi: 10.3390/mi1107069431.Cao T., Hu T., Zhao Y. Research Status and Development Trend of MEMS Switches: A Review. Micromachines. 2020, vol. 11, iss. 7, art. no. 694. doi: 10.3390/mi11070694Рентюк В. Новая концепция емкостного МЭМС-переключателя с контактами из метаматериала // СВЧ-Электроника. 2020. № 4. С. 20–27.Rentyuk V. New Concept of Capacitive MEMS Switch with Metamaterial Contacts. Microwave Electronics. 2020, no. 4, pp. 20–27. (In Russ.)Kurmendra, Kumar R. A review on RF microelectro-mechanical-systems (MEMS) switch for radio frequency applications // Microsystem Technologies. 2021. Vol. 27, № 7. P. 2525–2542. doi: 10.1007/s00542-020-05025-yKurmendra, Kumar R. A Review on RF Micro electro-Mechanical-Systems (MEMS) Switch for Radio Frequency Applications. Microsystem Technologies. 2021, vol. 27, no. 7, pp. 2525–2542. doi: 10.1007/s00542-020-05025-yКочемасов В., Торина Е., Сафин А. МЭМС переключатели ВЧ/СВЧ-сигналов. Ч. 1–3 // Электроника: наука, технология, бизнес. 2024. Вып. 4–6. С. 76–84; 86–96; 88–97.Kochemasov V., Torina E., Safin A. 'MEMS Switches for RF/Microwave Signals. Electronics: Science, Technology, Business. 2024, iss. 4–6, pp. 76–84; 86–96; 88–97. (In Russ.)Analog Devices Fundamentals of ADI Revolutionary MEMS Switch Technology. URL: https://www.analog.com/en/signals/thought-leadership/fundamentals-adi-revolutionary-mems-switch-technology.html (дата обращения: 03.02.2026).Analog Devices Fundamentals of ADI Revolutionary MEMS Switch Technology. Available at: https://www.analog.com/en/signals/thought-leadership/fundamentals-adi-revolutionary-mems-switch-technology.html (accessed: 03.02.2026).Analog Devices Parametric Search. URL: https://www.analog.com/en/parametricsearch/11317#/ (дата обращения: 06.07.2023).Analog Devices Parametric Search. Available at: https://www.analog.com/en/parametricsearch/11317#/ (accessed: 06.06.2023).EEWorld Online MEMS Power Relay for High-Power AC/DC Applications. URL: https://www.eeworldonline.com/mems-power-relay-for-high-power-ac-dc-applications/ (дата обращения: 10.05.2025).EEWorld Online MEMS Power Relay for High-Power AC/DC Applications. Available at: https://www.eeworldonline.com/mems-power-relay-for-high-power-ac-dc-applications/ (accessed: 10.05.2025).Menlo Micro RF Products. URL: https://menlomicro.com/products/rf (дата обращения: 10.05.2025).Menlo Micro RF Products. Available at: https://menlomicro.com/products/rf (accessed: 10.05.2025).Leitner J. RF MEMS Switch Performance in Extreme Environments // Microwave J. 2021. Vol. 64, № 12. P. 54–60.Leitner J. RF MEMS Switch Performance in Extreme Environments. Microwave J. 2021, vol. 64, no. 12, pp. 54–60.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.