太赫兹 MEMS 执行器及应用研究综述

微机电系统（MEMS）执行器凭借微型化、低功耗与高集成度的优势，成为提升太赫兹（THz）器件动态调控性能的创新解决方案。相较于传统太赫兹调控技术，MEMS 技术能实现更宽的调谐范围与更高的波前调控能力，是高性能太赫兹系统发展的关键。相关研究综述梳理了太赫兹领域各类 MEMS 执行器的驱动机制与集成策略，深入剖析其工作原理、结构形态及优劣势，探讨其在太赫兹器件中的核心作用，系统呈现其在多领域的最新研究进展，为该技术的研发、开发与应用提供重要参考，推动太赫兹技术的发展与落地。

太赫兹技术的实际应用，长期受限于器件层面低损耗集成、高精度响应等难题，而 MEMS 执行器成为推动太赫兹开关、可调谐谐振器技术突破的核心功能组件。其核心在于驱动机制，主要包含静电、热、磁、气动和压电驱动五种，不同驱动机制对执行器的性能特征与潜在应用场景影响显著。相关研究全面总结了太赫兹 MEMS 执行器的基本驱动机制、关键器件设计、系统集成策略及微加工工艺，为下一代高性能太赫兹器件研发提供理论依据与技术指引。

机械式射频 MEMS 开关在太赫兹频段展现出优异的射频性能，可满足太赫兹可调谐通信系统的低损耗需求，这类开关多采用静电驱动，核心结构包括悬臂梁、固支梁及静电梳状执行器。当前研究主要聚焦于太赫兹波导的开关控制，以及解决单刀多掷开关固有的阻抗失配和损耗问题，其中静电驱动梳状驱动开关代表该领域的最高性能水平，MEMS 波导可重构表面也是重要研究方向。受制造工艺复杂度限制，其他驱动方式的 MEMS 开关研究相对有限，而高质量的封装技术能最大限度减少射频干扰，显著提升太赫兹 MEMS 开关的实用性，拓宽其应用范围。

太赫兹 MEMS 可调谐谐振器的实验开发是当下关键研究方向，尤其适用于 6G 通信与集成传感应用，这类谐振器常与超构材料结合使用，超构材料作为基本单元，具备天然材料所没有的独特特性。其驱动机制丰富，静电驱动利用静电力调控微结构位移，热驱动包含热膨胀与相变驱动两种方法，磁驱动通过外部磁场实现频率调制；铁磁形记忆合金为可调谐超构材料提供了创新解决方案，其变形恢复能力、非接触控制特性与快速响应特性尤为突出，气动、压电驱动也属于其重要驱动机制。

太赫兹 MEMS 执行器的制造包含衬底制备、金属层沉积、光刻图案化、牺牲层沉积与蚀刻及后续释放等系列工艺流程。衬底选择上，硅衬底因高电阻率在太赫兹频段保持稳定透射率，可实现宽频响应；石英玻璃在太赫兹频段损耗角正切值极低，是太赫兹射频器件的理想衬底；聚二甲基硅氧烷则成为柔性衬底的潜在选择。金属材料首选金，铬或钛钨常用作金属溅射工艺的粘合剂层，二氧化硅或氮化硅则为衬底与电极间的绝缘层材料。光刻胶、二氧化硅和铝常作为牺牲层材料，搭配反应离子刻蚀、氢氧化钾湿刻蚀等技术实现牺牲层释放。为提升器件良率与可靠性，可通过化学机械抛光增强梁体平整度，在梁体引入通孔加快牺牲层释放、缓解残余应力；采用柔性油墨替代传统光刻工艺，还能实现大面积柔性 MEMS 梁阵列开发，推动经济高效的大规模生产。

太赫兹 MEMS 执行器的功能实现与性能突破，源于其与多种尖端技术的深度融合，核心集成路径分为三类：一是与超构表面协同集成，以 MEMS 精确位移控制为 “调谐旋钮”，实现电磁波前动态编程；二是与功能材料融合集成，将相变材料等响应外部场的功能材料作为核心驱动或传感元件；三是与传输线集成，将 MEMS 执行器作为核心控制单元嵌入太赫兹传输线或辐射结构。这些策略推动太赫兹 MEMS 技术从单一驱动元件，向兼具感知、计算和通信能力的智能微系统发展。

太赫兹执行器在传感领域的应用

太赫兹 MEMS 执行器在多领域展现出重要价值：传感领域中，其能将环境因素变化转化为可测量的物理或电气特性变化，结合太赫兹波对物质分子振动和旋转能态的敏感性发挥作用，目前发展受限于缺乏常温下稳定运行的可靠探测器。

太赫兹执行器在频率与偏振调谐领域的应用

其太赫兹波吸收能力可用于通信空间滤波，改变机械状态还能实现偏振动态调控，甚至通过特殊设计实现频率与偏振的耦合调控。

太赫兹执行器在波束成形领域的应用

其集成是实现太赫兹波束成形和相控阵天线系统的关键，与超构材料结合有望实现高效波束转向，且在大偏转角度下保持高调制深度。

太赫兹执行器在逻辑运算领域的应用

MEMS 可重构超构表面为太赫兹片上逻辑运算与安全通信开辟新路径，能精准调控电磁场参数，助力开发可执行数字逻辑运算的片上系统，为高速数据处理、加密通信等新一代智能太赫兹系统奠定基础。

综上，MEMS 执行器凭微型化、低功耗等优势，成为太赫兹器件动态调控的核心方案，其驱动机制多样，衍生出开关、可调谐谐振器等核心器件，配套微加工工艺日趋成熟，还可与超构表面等技术集成，在传感、调谐、波束成形、逻辑运算等领域应用广泛，正从实验室向工业应用转型，将为 6G 通信等领域提供创新解决方案。Coventor 软件可实现太赫兹 MEMS 执行器参数化 3D 设计与多物理场耦合仿真，精准优化工艺与性能，大幅缩短研发周期，是该领域研发的高效工具！