近几年无线通信迎来了5G甚至6G的发展浪潮，物联网、智能驾驶等技术需求进一步推动射频前端系统的灵活性和效率。射频开关作为核心元件之一，承担着信号切换和路径路由的关键任务。然而，传统基于PIN二极管或场效应晶体管的射频开关存在插入损耗高、频率隔离差以及持续耗电等问题，制约了其在低功耗、高性能通信设备中的应用。面对这些挑战，基于电阻式随机存取存储器（ReRAM）的一类新兴非易失性开关技术悄然兴起，其中以氧化钒（VOₓ）基材料表现尤为突出。VOₓ不仅具备多种氧化态和丰富的物相组合，还具有优异的离子迁移性和电学特性，为高性能射频开关的设计提供天然优势。VOₓ基非易失性射频开关采用Ag/VOₓ/Au结构，通过形成和断裂银离子导电通道，实现高低电阻态之间的快速切换。
该切换机制依赖于电化学还原反应和银离子的迁移，确保开关在工作状态之间能够长时间保持，无需持续供电，极大地降低了系统的静态功耗。实验数据显示，这种VOₓ开关具备超过六十小时的保持时间，开关速度可达纳秒级，重复切换次数约为一千次，同时保持稳定的开关比高达10的7次方，表现出卓越的可靠性和耐久性。专业的物理分析揭示了VOₓ薄膜的非晶态结构，表面光滑且无明显晶界，显著降低了电场中易变异的缺陷点，有助于形成均一的导电丝，提升器件一致性。此外，X射线光电子能谱（XPS）证实了VOₓ层中存在氧空位，这不仅促进了银离子的高速迁移，还降低了开关所需的门限电压，使器件在较低电压下即可稳定工作。载流子传输机制方面，关断状态下表现出典型的肖特基发射特性，而导通状态下则呈现金属导电行为，进一步验证了银离子导电丝的形成与复位。射频性能测试则展现了VOₓ开关在射频频段的卓越表现。
开通状态的插入损耗低至0.45分贝，关断状态隔离度超过20分贝，这一性能在0.1到20 GHz频率范围内均保持稳定，部分设备甚至在高达67 GHz的毫米波频段展现出良好的工作能力。基于此高性能开关，研究团队成功打造出一款可重构X波段带通滤波器，实现了中心频率从8.2 GHz（关断态）调谐至7.6 GHz（导通态），频率调谐范围约600 MHz，充分展现了开关对滤波特性的精确控制能力。滤波器整体尺寸紧凑，结构合理，具备优良的回波损耗性能和带宽表现，适用于现代无线系统对频谱灵活性的苛刻要求。相比于传统MEMS开关与相变存储材料，VOₓ开关的最大优势在于无需加热元件、低电压驱动以及非易失的零静态功耗特性，极大节约了系统能耗，符合绿色电子产品的发展趋势。同时，VOₓ材料与现有半导体工艺兼容，易于进行大规模集成制造，具备广阔的产业化前景。未来，随着材料制备技术的不断优化，VOₓ薄膜的氧含量及结构可控性将进一步提升，推动开关性能迈向更高水平。
此外，跨学科的设计理念将促进VOₓ射频开关与天线、放大器等功能模块的深度融合，实现更加智能化和多功能的射频前端系统。总结而言，VOₓ基非易失性射频开关以其高速响应、高隔离度、低能耗和优越的射频特性，为可重构滤波器提供了强有力的硬件支撑。其独特的电化学导电机制和材料优势，为未来通信设备追求小型化、低功耗及多频段适应性开拓了新路径。随着无线通信向毫米波及更高频段发展，VOₓ射频开关的关键作用将更加突出，助力无线通信技术实现更高效、更灵活的频谱管理和信号处理。这些创新不仅推动了射频元件领域的技术进步，也为智能通信、汽车电子、国防雷达等多领域带来新机遇，彰显了VOₓ材料在未来电子技术中的核心地位。
