МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ИНТЕГРАЛЬНОЕ МАГНИТОПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2006 года по МПК H01L27/14 

Изобретение относится к новой области - интегральной магнитоэлектронике (низких, высоких уровней мощности), а более конкретно - к магнитополупроводниковым многофункциональным микроэлектронным управляемым устройствам, ЧИПам, микромодулям, микросистемам с управлением энергетическими, спектральными, шумовыми характеристиками сигналов, их центральными частотами и фазами напряжениями и токами по полупроводниковой и магнитным подсистемам, уровню мощности, формирующим сигналы финального, законченного вида в режимах генерации, преобразования в многооктавных частотных диапазонах усиления, смешения, включая сигналы сложного вида по типу многофункциональных синтезаторов частот, при повышении надежности и рабочего ресурса, формировании многопараметрических сигналов-откликов частоты и частотно-модулированных сигналов на вектор магнитной индукции и его девиацию по частоте и фазе, векторов смещений во времени и пространстве подвижной части магнитной системы и связанных с ними механических величин - линейных скоростей, ускорений, импульсов, сил, давления, при линейных, угловых скоростях, ускорениях, моментов импульсов, моментов сил, неинерциальных характеристик систем, движущихся с ускорением прямолинейно и при сложных траекториях движения, прямого детектирования и супергетеродинного приема на одном устройстве, ЧИПе, включая линейные антенны и магнитные фазированные антенные решетки с мобильной апертурой и управляемыми параметрами с высоким техническим КПД в радиодиапазоне: ОВЧ (0,03-0,3 ГГц); УВЧ (0,3-3,0 ГГц); СВЧ (3,0-30,0 ГГц); КВЧ (30,0-300,0 ГГц); ТВЧ (300,0-3000,0 ГГц), а также в оптическом диапазоне (длина волны от 1 нм до 10 нм) - интегральным магнитолазерам.

Известен перестраиваемый магнитным полем микроволновый генератор на транзисторе [1] (патент США №3879677, Н 03 В 5/36, Apr.22, 1975. Caries A.Arnold. "Tuned oscillator circuit having a tuned filter output"), который оснащен ЖИГ-резонатором, и один из которых подключен одной или двойной петлей к коллектору транзистора и двойной петлей к выходу транзистора, число витков петель может быть изменено для достижения оптимального эффекта согласования импедансов. На выходе генератора может применяться еще один ЖИГ-резонатор в качестве высокодобротного фильтра. Все ЖИГ-резонаторы располагаются в зазоре магнитопровода электромагнита и работают на одной резонансной частоте в одном и том же магнитном поле. При изменении приложенного магнитного поля обе частоты - частота генерации транзистора и центральная частота фильтра - изменяются одинаково. Эта частота следящего фильтра обеспечивает оптимальное прохождение сигнала генератора через фильтр и максимальное подавление паразитных частот. Более того, ЖИГ-преобразователь функционирует как выходной согласующий трансформатор.

Недостатком генератора является невозможность обеспечения многофункциональности в режимах генерации, преобразования, усиления, смешения различных видов регулярных, шумоподобных и шумовых сигналов, сигналов по типу синтезатора частот с управлением по питанию транзисторной подсистемы и магнитному полю, повышения надежности и рабочего ресурса, формирования многопараметрических векторных сигналов-откликов частоты и частотно-модулированных сигналов, векторов-смещений во времени и связанных с ними параметров инерциальных и неинерциальных систем, их параметров для прямолинейных и сложных траекторий движения, прямого и супергетеродинного приема на одном устройстве, включая магнитные актенты с произвольной апертурой и управляемыми параметрами.

Функциональным аналогом заявленного объекта является микрорезонаторный волоконно-оптический датчик магнитных полей [2] (Я.В.Малков, В.Д.Бурков, В.И.Кузнецова, В.Т.Потапов, А.Н.Котов, Ф.А.Егоров, В.В.Селифанова, Д.В.Коломыцев - патент России №2202115 С2, 7 G 01 R 33/02. «Микрорезонаторный волоконно-оптический датчик магнитных полей», заявка №2001100661/28, приор. 09.01.2001, выдан 10.04.2003, Бюл. №10, 2003 г.), в котором предлагается многоканальный волоконно-оптический датчик (ВОД) магнитных полей за счет одновременного возбуждения N-независимых волоконно-оптических лазеров одним полупроводниковым лазером накачки с помощью многомодового 2N-волоконного разветвителя, что реализует многоканальный ВОД магнитных полей с оптимальными характеристиками и независимым функционированием N-каналов. Это обуславливает существенное увеличение числа измеряемых параметров магнитных полей, точность измерений, развязку между каналами, расширяет перечень используемых материалов микромеханических резонаторов (МР), возбуждаемых оптическим излучением, в которых резонансная частота, добротность собственных мод акустических колебаний резонатора зависят от величины магнитного поля и могут обуславливаться магнитосиловым взаимодействием, магнитострикционным эффектом и др. Оптическое возбуждение и изменение параметров колебаний МР осуществляется на основе автогенераторных схем, обеспечивающих высокую точность измерения и возможность построения волоконно-оптических измерительных систем с частотным мультиплексированием. Это тип ВОД перспективен для использования в различных системах измерения физических величин.

К недостаткам данного технического решения следует отнести ограниченные функциональные возможности, сложность исполнения, значительные масс-габариты, малый технический КПД, низкую надежность и рабочий ресурс, отсутствие возможности формирования различных сигналов финального вида в усилительном, смесительном режимах, генерации и преобразования регулярных, шумоподобных и шумовых сигналов, детектирования вектора магнитной индукции и его переменных составляющих, построение антенн с произвольной пространственной апертурой и управляемыми параметрами.

Из известных наиболее близких по технической сущности к заявленному объекту является интегральный биполярный магнитотранзистор [3] (патент России №2204144, G 01 R 33/24, H 01 L 29/32, Коноплев Б.Г., Лысенко И.Е., заявка №2001111140/09, приор. 23.04.2001, выдан 10.05.2003, Бюл. №13, 2003 г.), в котором для повышения функциональных возможностей, а именно измерения индукции магнитного поля, направленного как параллельно, так и перпендикулярно плоскости полупроводниковой подложки в интегральный биполярный магнитотранзистор, содержащий полупроводниковую подложку первого типа проводимости с расположенными в ней двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости, слаболегированную полупроводниковую область коллектора второго типа проводимости, полупроводниковую область первого типа проводимости, полупроводниковую область эмиттера второго типа проводимости, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой областью эмиттера второго типа проводимости, и полупроводниковой подложкой первого типа проводимости, две металлические входные шины, соединенные с полупроводниковой областью базы первого типа проводимости, две металлические выходные шины, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости, введены две скрытые полупроводниковые области двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенные параллельно двум скрытым полупроводниковым областям двух коллекторов второго типа проводимости в полупроводниковой подложке первого типа проводимости под слаболегированной полупроводниковой областью коллектора второго типа проводимости и две дополнительные металлические выходные шины, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух дополнительных коллекторов второго типа проводимости, расположенные параллельно двум металлическим выходным шинам, соединенные с двумя скрытыми полупроводниковыми областями двух коллекторов второго типа проводимости.

Недостатком этого технического решения является невозможность обеспечения многофункциональности в режимах генерации, преобразования, усиления, смешения различных видов регулярных, шумоподобных и шумовых сигналов, сигналов по типу синтезатора частот с управлением по питанию транзисторной подсистемы и магнитному полю, повышения надежности и рабочего ресурса, формирования многопараметрических векторных сигналов-откликов частоты и частотно-модулированных сигналов, векторов-смещений в пространстве и во времени и связанных с ними параметров инерциальных и неинерциальных систем, их параметров для прямолинейных и сложных траекторий движения, прямого и супергетеродинного приема на одном устройстве, включая магнитные антенны с произвольной апертурой и управляемыми параметрами.

Известен магнитный спиновый транзистор [4] (Патент США №5432373, H 01 L 27/22, Jul.11, 1995, Mark B.Johnson, Holmdel N.J. "Magnetic spin transistor"), используемый в качестве ячейки памяти, магнитной головки звукоснимателя или переключателя напряжения, включающий в себя планарную трехслойную структуру проводящего, неферромагнитного слоя, являющегося прослойкой между двумя ферромагнитными слоями с различной коэрцетивностью. Ток подмагничивается, закачивается между одним из ферромагнитных слоев и неферромагнитным слоем, генерируя электрическое напряжение на другом ферромагнитном слое. Полярность напряжения зависит от относительной магнитной поляризации двух ферромагнитных слоев. При работе в качестве ячейки памяти ток проходит через соседние (смежные) линии, намагничивая ферромагнитный слой с меньшей коэрцетивностью. При работе в качестве магнитной головки звукоснимателя смежная магнитная дорожка записи подает магнитное поле, достаточное для переключения ферромагнитного слоя с наименьшей намагниченностью.

Недостатком транзистора является невозможность обеспечения многофункциональности в режимах генерации, преобразования, усиления, смешения различных видов регулярных, шумоподобных и шумовых сигналов, сигналов по типу синтезатора частот с управлением по питанию транзисторной подсистемы и магнитному полю, повышения надежности и рабочего ресурса, формирования многопараметрических векторных сигналов-откликов частоты и частотно-модулированных сигналов, векторов-смещений в пространстве и во времени и связанных с ними параметров инерциальных и неинерциальных систем, их параметров для прямолинейных и сложных траекторий движения, прямого и супергетеродинного приема на одном устройстве, включая магнитные антенны с произвольной апертурой и управляемыми параметрами.

Другим функциональным аналогом заявленного объекта является магниточувствительный биполярный транзистор [5] (А.И.Галунков, А.Н.Сауров, Ю.А.Чаплыгин. «Магниточувствительный биполярный транзистор» - патент России №2127007 C1, H 01 L 29/82, приор. 17.02.1998, выдан 27.02.1999, Бюл. №6, 1999 г.), в котором транзистор содержит сформированный на полупроводниковой пластине первого типа проводимости (для определенности - дырочной) эпитаксиальный слой второго типа проводимости (для определенности - электронный) с двумя областями коллекторов второго типа проводимости, между которыми расположены область первого типа проводимости и область эмиттера второго типа проводимости и контакты к упомянутым областям. Области коллекторов расположены в эпитаксиальном слое на глубине, превышающей глубину расположения области базы, контакты к областям коллекторов расположены в сформированных в эпитаксиальном слое окнах и изолированы по бокам пристеночным диэлектриком, а области эмиттера и базы имеют в вертикальной плоскости общую границу со стороны контактов к коллекторам. Дно областей коллекторов может быть расположено в полупроводниковой пластине, размер каждой области коллектора в плане может быть определен внешним размером пристеночного диэлектрика соответствующего контакта.

К недостаткам данного технического решения следует отнести отсутствие многофункциональности при формировании в генераторных режимах различных сигналов финального вида (регулярных, шумоподобных, шумовых, по типу синтезатора частот и др.), а магниточувствительный режим обеспечивается действием сил Лоренца в эпитаксиальной пленке n-типа проводимости биполярного транзистора, что ограничивает повышение магнитной чувствительности, не обеспечивает измерение вектора магнитной индукции и его модуляционных составляющих.

Задачами предлагаемого изобретения являются: обеспечение многофункциональности в режимах генерации, преобразования, усиления, смешения различных видов регулярных, шумоподобных и шумовых сигналов, сигналов по типу синтезатора частот с управлением по питанию транзисторной подсистемы и магнитному полю, повышение надежности и рабочего ресурса, формирование многопараметрических векторных сигналов-откликов частоты и частотно-модулированных сигналов, векторов-смещений в пространстве и во времени и связанных с ними параметров инерциальных и неинерциальных систем, их параметров для прямолинейных и сложных траекторий движения, прямого и супергетеродинного приема на одном устройстве, включая магнитные антенны с произвольной апертурой и управляемыми параметрами.

Технический результат изобретения заключается в:

- расширении функциональных возможностей, а именно - достижении многофункциональности магнитополупроводникового устройства путем переключения питающих полупроводниковую подсистему напряжений, токов, их постоянных и переменных (модуляционных) составляющих, а также вектора поля подмагничивания, его направления относительно кристаллографических осей ферритового микрорезонатора или ферритовых микрорезонаторов, его постоянных и переменных составляющих, уровня мощности входного сигнала или сигналов, подаваемых на различные электроды устройства, обеспечивает формирование различных видов выходных сигналов в режимах генерации, преобразования, усиления, смешения, при управлении параметрами входных и выходных сигналов: уровнем мощности, уровнем шумовых и внеполосных составляющих излучения, избирательностью, коэффициентами усиления и шума, центральными частотами и фазами, включая синхронные управления параметрами;

- упрощении конструкции и микроминиатюризации устройства до размеров транзистора, диода, лазера и создании магнитоЧИПа, магнитотранзистора, магнитолазера;

- многоканальном статическом и динамическом управлении параметрами и характеристиками сигналов по: а) питанию полупроводниковой части устройства (полупроводниковой подсистемы) и выбору рабочей точки (режима), включая уровень высокочастотной мощности, воздействующей на ферритовый микрорезонатор; б) питанию магнитной части устройства (магнитной подсистемы) поля или нескольких полей подмагничивания, его или их величины направления, мощности, частоты и фазы модуляции, спектрального состава, модулирующих сигналов, включая несколько точек в устройстве при наличии различных ферритовых микрорезонаторов с различными магнитными параметрами и магнитными свойствами; в) уровню входной мощности в устройство и выходной мощности из устройства;

- формировании в режимах генерации сигналов финального (законченного вида) в одном ЧИПе, микроэлектронном полупроводниковом устройстве регулярных (спектрально чистых) сигналов; шумоподобных сигналов с заданным законом спектральной плотности мощности (СПМ) шума в ограниченной частотной полосе; шумовых сигналов с равномерной СПМ в широкой многооктавной частотной полосе, включая сигналы с равномерной СПМ в широкой многооктавной полосе частот, близкие к белому шуму; сигналы по типу синтезаторов частот с дискретным управлением эквидистантностью (частотным расстоянием между спектральными составляющими) и управлением спектральным составом (СПМ) сигналов от спектральночистых до шумоподобных и шумовых с переходом в режим широкополосного сигнала с равномерной СПМ в многооктавной частотной полосе - белый шум;

- формировании в режимах генерации на одном ЧИПе сигналов финального вида по типу многооктавного (сверхширокополосного) многофункционального синтезатора частот в режимах параметрического умножения, деления и параметрической частотной модуляции фундаментальной (основной) частоты группы сигналов в частотных областях гармоник и субгармоник с синхронным управлением всех сигналов и их составляющих по частотам и фазам, энергетическим, спектральным и шумовым характеристикам, включая переход к режиму белого шума;

- формировании на выходе устройства в режимах избирательного усиления сигналов с перестраиваемой центральной частотой и фазой, управлением АЧХ (шириной полосы пропускания, формой и амплитудой сигнала) и ФЧХ (формой, фазочастотными искажениями сигналов), улучшением шумовых характеристик (снижением коэффициента шума),

- формировании на выходе смесительного перехода устройства (ЧИПа) в режиме супергетеродинирования сигнала на промежуточной частоте при входном сигнале малой мощности, поступающем на смесительный переход устройства, выполняющего роль смесителя, на который подается одновременно мощный сигнал внутреннего гетеродина, сформированного на других переходах устройства с управлением напряжениями, токами по полупроводниковой подсистеме, величиной, направлением поля подмагничивания, его модуляционными параметрами по магнитной подсистеме одному или нескольким ферритовым микрорезонаторам потерями на преобразование, уровнем сигнал/шум, уровнем подавления внеполосных излучений;

- сохранении и повышении технического КПД базового полупроводникового устройства (ЧИПа) за счет улучшения согласования и дополнительного согласования входа, выхода и межэлектродных промежутков;

- существенном повышении надежности и увеличении рабочего ресурса устройства (ЧИПа) в связи с переходом на один магнитокристалл, интегральную магнитомикросхему, выполняющих функции замещения по формированию аналогичных сигналов сложными устройствами с большим числом комплектующих;

- формировании многопараметрических векторных сигналов-откликов в виде частоты и частотно-фазомодулированных сигналов-откликов на вектор магнитной индукции и его девиаций по амплитуде и частоте, усредненных в объеме ферритового одного или объемах нескольких ферритовых микрорезонаторов в устройстве (ЧИПе) и связанных с перемещением в пространстве и времени подвижной части - системы подмагничивания (полюса), определяющих меру изменения во времени вектора смещения - скорости, меру изменений вектора скорости во времени - ускорения и связанных с ними - собственного импульса, меры изменения во времени импульса - вектора силы, при поступательном движении, а также угловых векторов скорости и ускорения, момента импульса, момента силы, неинерциальных сил при вращательном и сложном движениях устройств в пространстве;

- в режиме детектирования электромагнитного сигнала отдельным генераторным магнитоустройством, ЧИПом демодуляцию его магнитной составляющей и девиаций ее амплитуды и частоты, восстановление по ней ее электрической составляющей и девиаций ее амплитуды и частоты, включая режим прямого усиления и супергетеродинный режим работы устройства;

- в режиме детектирования электромагнитного сигнала системой генераторных магнитоустройств, ЧИПов, состоящей не менее чем из двух отдельных устройств, отстоящих друг от друга на расстояние не менее размера кристалла и связанных друг с другом, обеспечивается режим дифференциальной регистрации параметров;

- в режиме детектирования электромагнитного сигнала системой генераторных магнитоустройств, ЧИПов, состоящей не менее чем из трех отдельных устройств, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее -а-размера отдельного кристалла образуется магнитная фазированная антенная решетка (МФАР), обеспечивающая пассивную локацию;

- улучшении экологии при производстве устройства в связи с существенным сокращением комплектующих для устройств, модулей, выполняющих указанные выше и аналогичные функции при формировании многопараметрических сигналов и сигналов-откликов от преобразователей электрических, магнитных и механических физических величин.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в

- расширении функциональных возможностей, а именно - достижении многофункциональности магнитополупроводникового устройства путем переключения питающих полупроводниковую подсистему напряжений, токов, их постоянных и переменных (модуляционных) составляющих, а также вектора поля подмагничивания, его направления относительно кристаллографических осей ферритового микрорезонатора или ферритовых микрорезонаторов, его постоянных и переменных составляющих, уровня мощности входного сигнала или сигналов, подаваемых на различные электроды устройства, обеспечивает формирование различных видов выходных сигналов в режимах генерации, преобразования, усиления, смешения, при управлении параметрами входных и выходных сигналов: уровнем мощности, уровнем шумовых и внеполосных составляющих излучения, избирательностью, коэффициентами усиления и шума, центральными частотами и фазами, включая синхронные управления параметрами;

- упрощении конструкции и микроминиатюризации устройства до размеров транзистора, диода, лазера и создании магнитоЧИПа, магнитотранзистора, магнитолазера;

- многоканальном статическом и динамическом управлении параметрами и характеристиками сигналов по: а) питанию полупроводниковой части устройства (полупроводниковой подсистемы) и выбору рабочей точки (режима), включая уровень высокочастотной мощности, воздействующей на ферритовый микрорезонатор; б) питанию магнитной части устройства (магнитной подсистемы) поля или нескольких полей подмагничивания, его или их величины направления, мощности, частоты и фазы модуляции, спектрального состава, модулирующих сигналов, включая несколько точек в устройстве при наличии различных ферритовых микрорезонаторов с различными магнитными параметрами и магнитными свойствами; в) уровню входной мощности в устройство и выходной мощности из устройства;

- формировании в режимах генерации сигналов финального (законченного вида) в одном ЧИПе, микроэлектронном полупроводниковом устройстве регулярных (спектрально чистых) сигналов; шумоподобных сигналов с заданным законом спектральной плотности мощности (СПМ) шума в ограниченной частотной полосе; шумовых сигналов с равномерной СПМ в широкой многооктавной частотной полосе, включая сигналы с равномерной СПМ в широкой многооктавной полосе частот, близкие к белому шуму; сигналы по типу синтезаторов частот с дискретным управлением эквидистантностью (частотным расстоянием между спектральными составляющими) и управлением спектральным составом (СПМ) сигналов от спектральночистых до шумоподобных и шумовых с переходом в режим широкополосного сигнала с равномерной СПМ в многооктавной частотной полосе - белый шум;

- формировании в режимах генерации на одном ЧИПе сигналов финального вида по типу многооктавного (сверхширокополосного) многофункционального синтезатора частот в режимах параметрического умножения, деления и параметрической частотной модуляции фундаментальной (основной) частоты группы сигналов в частотных областях гармоник и субгармоник с синхронным управлением всех сигналов и их составляющих по частотам и фазам, энергетическим, спектральным и шумовым характеристикам, включая переход к режиму белого шума;

- формировании на выходе устройства в режимах избирательного усиления сигналов с перестраиваемой центральной частотой и фазой, управлением АЧХ (шириной полосы пропускания, формой и амплитудой сигнала) и ФЧХ (формой, фазочастотными искажениями сигналов), улучшением шумовых характеристик (снижением коэффициента шума);

- формировании на выходе смесительного перехода устройства (ЧИПа) в режиме супергетеродинировании сигнала на промежуточной частоте при входном сигнале малой мощности, поступающем на смесительный переход устройства, выполняющего роль смесителя, на который подается одновременно мощный сигнал внутреннего гетеродина, сформированного на других переходах устройства с управлением напряжениями, токами по полупроводниковой подсистеме, величиной, направлением поля подмагничивания, его модуляционными параметрами по магнитной подсистеме одному или нескольким ферритовым микрорезонаторам потерями на преобразование, уровнем сигнал/шум, уровнем подавления внеполосных излучений;

- сохранении и повышении технического КПД базового полупроводникового устройства (ЧИПа) за счет улучшения согласования и дополнительного согласования входа, выхода и межэлектродных промежутков;

- существенном повышении надежности и увеличении рабочего ресурса устройства (ЧИПа) в связи с переходом на один магнитокристалл, интегральную магнитомикросхему, выполняющих функции замещения по формированию аналогичных сигналов сложными устройствами с большим числом комплектующих;

- формировании многопараметрических векторных сигналов-откликов в виде частоты и частотно-фазомодулированных сигналов-откликов на вектор магнитной индукции и его девиаций по амплитуде и частоте, усредненных в объеме ферритового одного или объемах нескольких ферритовых микрорезонаторов в устройстве (ЧИПе) и связанных с перемещением в пространстве и времени подвижной части - системы подмагничивания (полюса), определяющих меру изменения во времени вектора смещения - скорости, меру изменений вектора скорости во времени - ускорения и связанных с ними - собственного импульса, меры изменения во времени импульса - вектора силы, при поступательном движении, а также угловых векторов скорости и ускорения, момента импульса, момента силы, неинерциальных сил при вращательном и сложном движениях устройств в пространстве;

- в режиме детектирования электромагнитного сигнала отдельным генераторным магнитоустройством, ЧИПом демодуляцию его магнитной составляющей и девиаций ее амплитуды и частоты, восстановление по ней ее электрической составляющей и девиаций ее амплитуды и частоты, включая режим прямого усиления и супергетеродинный режим работы устройства;

- в режиме детектирования электромагнитного сигнала системой генераторных магнитоустройств, ЧИПов, состоящей не менее чем из двух отдельных устройств, отстоящих друг от друга на расстояние не менее размера кристалла и связанных друг с другом, обеспечивается режим дифференциальной регистрации параметров;

- в режиме детектирования электромагнитного сигнала системой генераторных магнитоустройств, ЧИПов, состоящей не менее чем из трех отдельных устройств, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее -а-размера отдельного кристалла, образуется магнитная фазированная антенная решетка (МФАР), обеспечивающая пассивную локацию;

- улучшении экологии при производстве устройства в связи с существенным сокращением комплектующих для устройств, модулей, выполняющих указанные выше и аналогичные функции при формировании многопараметрических сигналов и сигналов-откликов от преобразователей электрических, магнитных и механических физических величин.

Сущность: устройство содержит транзистор в виде проводящих слоев с различными видами проводимостей или полупроводниковый диод с падающей вольт-амперной характеристикой (отрицательным дифференциальным сопротивлением), инжекционный или полупроводниковый лазер, топологию проводящих микрополосковых проводников, покрытий, омических контактов, нанесенных на слои полупроводников или имплантированных на границах слоев для подачи токов и напряжений управления параметрами. На одной из поверхностей или под поверхностью проводящих проводников, покрытий, контактов или на границе слоев с различными проводимостями или внутри слоя (слоев) в области или нескольких областях с высокочастотными магнитными полями вводят один или несколько ферритовых микрорезонаторов с идентичными или различными размерами и формами, магнитными параметрами, которые могут меняться по толщине и площади по определенным законам, иметь заданные градиенты магнитных параметров (намагниченности, диссипации, полей анизотропии и др.) по толщине, поверхности или в объеме микрорезонатора(ов) и которые находятся в одном или различных состояниях - доменном (ненасыщенном), переходном или однодоменном (насыщенном).

Микрорезонатор может иметь проводимость носителей того или иного вида (знака). В устройстве управление центральной частотой (фазой) входных и выходных сигналов, их энергетическими, спектральными, шумовыми параметрами и характеристиками осуществляют выбором величины, направления постоянной составляющей поля подмагничивания относительно кристаллографических осей микрорезонатора и его переменной составляющей - частоты, фазы, вида поляризации высокочастотного магнитного поля для входных (внешних) сигналов, внутренних сигналов, их интенсивности, частоты и параметров модуляции высокочастотного поля, напряжений и токов, приложенных к полупроводниковой части устройства (транзистору, диоду, лазеру).

Сущность предлагаемого технического решения заключается в разработке интегрального магнитополупроводникового устройства за счет введения в полупроводниковые устройства (транзисторы, диоды) ферритовых микрорезонаторов в межэлектродные промежутки или в промежутки между основными электродами, к которым подводится питание устройства, и вновь введенными в устройство дополнительными электродами, расположенными рядом с основными электродами и не имеющих омических контактов с основными электродами, с дополнительных электродов снимают сигналы на частотах резонанса микрорезонаторов, причем микрорезонаторы могут находиться в однодоменном или насыщенном состоянии, в переходном, или многодоменном, или ненасыщенном состояниях. Микрорезонаторы могут иметь различные магнитные параметры, включая многослойные эпитаксиальные пленочные с заданными законами поперечных и продольных градиентов магнитных параметров, иметь различные резонансные частоты и находиться в линейном или нелинейном состояниях. Резонансные частоты ферритовых микрорезонаторов (ФМКР) определяются их магнитными параметрами - намагниченностью насыщения 4πM_s, полем кристаллографической анизотропии первого порядка Н_А1, второго порядка Н_А2, формой и размерами образца и его размагничивающих факторов и , где и - тензоры размагничивающих факторов, полушириной линии ферромагнитного резонанса - ΔН, уровнем пороговой высокочастотной мощности - h_пор, величиной и направлением поля подмагничивания, градиентами поперечной намагниченности по толщине ФМКР Δ_хМ_si, поля анизотропии Δ_xH_A1,2 и градиентами по площади ФМКР Δ_yzМ_si и Δ_y,zHA_1,2, модуляционными характеристиками высокочастотных магнитных полей , их величиной по отношению к намагниченности материала ФМКР и внутреннему (эффективному) магнитному полю H_oi (Н_о, 4πM_s, Н_A1,2, , видом поляризации - линейной, круговой, эллиптической и ориентацией векторов и

ФМКР размещают в области или в областях с локализацией высокочастотных магнитных полей, определяемых протекающими в межэлектродных переходах высокочастотными токами, и ФМКР играет роль многофункционального, многоконтурного, многосвязанного, нелинейного с уровней высокочастотного магнитного поля многочастотного (в доменном режиме [21, 22] для одноосных ферритов число собственных частот равно пяти - (рис. ...), ν_II1 и ν_II2 - частоты колебаний вдоль границ доменов, ν⊥₁ и ν⊥₂ - частоты колебаний в перпендикулярных направлениях к границам доменов, ν_мод - частоты колебаний междоменных границ; для антиферромагнетиков их число еще больше и может составлять 7-9).

ФМКР, размещаемые между основными и дополнительными электродами полупроводникового устройства, внутри самого устройства, играют роль избирательных фильтров, управляемых в линейном режиме полем подмагничивания на центральной частоте, а в нелинейных режимах, управляемых высокочастотным уровнем магнитного поля (мощности) входных или выходных сигналов, на центральной частоте и на частотах гармонических и субгармонических сигналов и одновременно синхронной перестройкой всех составляющих по частотам (фазам) полем подмагничивания.

Физические процессы в предлагаемом техническом устройстве определяются тензором высокочастотной магнитной проницаемости и его составляющим: в насыщенном (равновесном) состоянии ; в ненасыщенном (неравновесном) состоянии ; переходном состоянии . В зависимости от состояния амплитуд высокочастотного магнитного поля и высокочастотной намагниченности феррита могут быть: линейное состояние квазилинейное ; нелинейное .

Конкретная конструкция устройства определяется его функциональным предназначением - генератор, усилитель, преобразователь, смеситель, гетеродин, супергетеродин определяют расположение ФМКР в полупроводниковом устройстве, цепи внутренних положительных и отрицательных обратных связей, цепи фильтрации входных и выходных сигналов, их функциональное назначение, управление полем подмагничивания импедансом вода и выхода устройства - его активной и реактивной составляющими в пределах одного-двух порядков.

На фиг.1-21 показаны схематичные обозначения предлагаемых многофункциональных интегральных магнитополупроводниковых устройств. Символы указывают на расположения ФМКР в магнитотранзисторе, магнитодиоде, магнитолазере, а также на режимы, в которых работают ФМКР - нелинейный режим обозначен , линейный - ↔. Биполярный транзистор с ферритовыми микрорезонаторами в нелинейных режимах (фиг.1) с основными электродами: эмиттером Э, базой Б, коллектором К, дополнительными электродами с ФМКР - Э_ф, Б_ф и К_ф и с ФМКР в межэлектродных пространствах и различными полями подмагничивания по выводам основных электродов , , и в межэлектродных пространствах , . Биполярный магнитотранзистор с ФМКР в нелинейных режимах (фиг.2) с общим полем подмагничивания . Биполярный магнитотранзистор с ФМКР в нелинейных режимах (фиг.3) на авторезонансе ФМКР. Биполярный магнитотранзистор с ФМКР в линейных режимах (фиг.4) и различными полями подмагничивания по выводам основных электродов , , и в межэлектродных пространствах , . Биполярный магнитотранзистор с ФМКР в линейных режимах (фиг.5) с общим полем подмагничивания . Биполярный магнитотранзистор с ФМКР в линейных режимах (фиг.6) на авторезонансе.

Полевой транзистор (фиг.7) с ФМКР в нелинейных режимах с основными электродами: истоком - И, стоком - С, затвором - З и дополнительными электродами - И_ф, С_ф, З_ф с ФМКР в межэлектродных пространствах соответственно и различными полями подмагничивания по выводам основных электродов , , и в межэлектродных пространствах , . На фиг.8 полевой магнитотранзистор с ФМКР в нелинейных режимах и общим полем подмагничивания . На фиг.9 полевой магнитотранзистор с ФМКР в нелинейных режимах на авторезонансе. На фиг.10 полевой магнитотранзистор с ФМКР в линейных режимах и различными полями подмагничивания по выводам основных электродов , , и в межэлектродных пространствах , . На фиг.11 полевой магнитотранзистор с ФМКР в линейных режимах и общим полем подмагничивания . На фиг.12 полевой магнитотранзистор с ФМКР в линейных режимах на авторезонансе. Магнитодиод Ганна или магнито-ЛПД - фиг.13-15. Магнитополупроводниковый лазер - фиг.16-18. Магнитосмеситель - фиг.19-21.

На фиг.22-24 показаны схематичные обозначения некоторых управляемых устройств на биполярных магнитотранзисторах с ФМКР в различных режимах.

Генератор на биполярном магнитотранзисторе с ФМКР в насыщенном линейном режиме с общей базой, управляемый магнитным полем (фиг.22).

Многофункциональный синтезатор частот на биполярном магнитотранзисторе с ФМКР в нелинейном режиме с управляемыми параметрами - эквидистантностью, центральными частотами и фазами всех гармонических и субгармонических составляющих, управлением уровнем зашумливания спектральных составляющих и переходом в шумоподобные и шумовые сигналы с неравномерной и равномерной (белый шум) спектральной плотностью мощности шума (фиг.23).

Биполярный магнитопараметрический с ФМКР в нелинейном режиме умножитель и делитель частоты, генерируемой устройством и преобразуемой вверх и вниз по частотам относительно основной частоты с управлением центральными частотами и фазами (фиг.24).

На фиг.25 показан биполярный магнитотранзистор с управляемой избирательностью и снижением коэффициента шума по входу. На фиг.26 показан биполярный магнитотранзистор с управляемой избирательностью и снижением коэффициента шума по выходу. На фиг.27 показан мощный биполярный магнитотранзистор с подстройками ФМКР магнитными полями , , импедансов по всем электродам в линейном насыщенном режиме.

Основные преимущества предлагаемого устройства перед известными заключаются:

- в использовании одной элементной базы при формировании сигналов финального уровня различных видов и спектров (регулярных, шумоподобных, шумовых, по типу многофункциональных синтезаторов частот в генераторных режимах);

- в построении усилителей с управляемой избирательностью и снижением коэффициента шума;

- в построении миниатюрных и сверхминиатюрных векторных магнитометрических датчиков;

- в построении миниатюрных векторных датчиков механических смещений устройства, ЧИПа во времени и в пространстве и определения всех производных для однозначного определения механических векторных статических и динамических величин, поступательного, вращательного, сложных видов движений;

- в приеме вектора магнитной индукций и ее девиаций амплитуды и частоты;

- в управлении полным импедансом устройства;

- в высоком техническим КПД;

- в упрощении конструкции и миниатюризации устройства;

- в многоканальном управлении параметрами энергетических, спектральных и шумовых характеристик, центральных частот и фаз, полосой пропускания сигналов по питанию транзисторной подсистемы, магнитной подсистемы и динамическому управлению - уровнем высокочастотной входной мощности, подводимой к устройству, уровнем высокочастотной мощности в устройстве и на его выходе;

- в формировании сигналов на основной частоте, гармониках и субгармониках и их синхронной перестройке по частоте и фазе;

- в формировании режимов прямого усиления и режимов супергетеродинирования сигнала;

- в повышении надежности и увеличении рабочего ресурса;

- в улучшении экологии при производстве и сокращении требуемых комплектующих;

- в снижении стоимости;

- в повышении технологичности.

Многие из указанных требований и свойств противоречивы и взаимно исключают друг друга при известных технических решениях. Например, формирование сигналов финального вида и расширение многофункциональности и возможностей применения одного ЧИПа в виде различных устройств, снижение масс-габаритов, снижение энергопотребления и повышение технического КПД, повышение рабочего ресурса и надежности, улучшение технологичности и снижение экологических нагрузок, снижение стоимости до рекордных значений и расширение совокупности параметров, свойств, областей применения.

Предлагаемое устройство относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к многофункциональной микроэлектронике, обеспечивающей на одном кристалле (ЧИПе) формирование многопараметрических сигналов законченного (финального) вида в усилительном, генераторном, смесительном режимах, параметрических умножений и делений и частной модуляции сигнала основной частоты, сигналов по типу многофункциональных управляемых синтезаторов частот, магниточувствительных многопараметрических векторных датчиков, многофункциональных механических и динамических параметров вектора смещения и различных видов движения (простых, сложных траекторий), датчиков модуляционных составляющих электромагнитного излучения на основной рабочей частоте ν₀ устройства, на гармонических ν_n=nν₀, n=2, 3, ... и субгармонических ν_m=, m=2, 3, ... составляющих в сверхширокой полосе частот в несколько частотных октав.

В настоящее время транзисторные генераторы выполняют по различным схемам, содержащим один или несколько транзисторов, в которых в качестве элементов, стабилизирующих частоту, применяют один или несколько диэлектрических [6] и ферритовых [7] резонаторов в виде сфер ЖИГ (железо-иттриевого гранита), включенные во внешние (вне транзистора) цепи устройств.

Управление параметрами шумовых сигналов в транзисторных генераторах за счет применения во внешних цепях - вне транзистора обратных связей ферритового микрорезонатора (фильтра) в нелинейном режиме динамического хаоса рассмотрено в [8]. По этой схеме создан генератор шума в СВЧ-диапазоне, в котором применяется фильтр на ЖИГ в насыщенном (однодоменном) состоянии в линейном режиме.

Ферритовые микрорезонаторы предложено применять в сложных, комплексированных устройствах - синтезаторах частот СВЧ-сигналов, в которых используются по своему назначению фильтры на ЖИГ в насыщенных (однодоменных) линейных состояниях [9, 10].

Сложные, комплексированные ВЧ-, СВЧ-устройства - высокочастотные усилители, генераторы, импульсные СВЧ-передатчики содержат различные устройства - транзисторы, диэлектрические резонаторы, топологию микрополосковых линий, емкости, резонаторы [11-14].

Для регистрации индукции постоянных и переменных магнитных полей, их вектора используют на основе транзисторов магниточувствительные устройства [15, 16], магнитотранзисторы [17, 8]. Эти устройства являются достаточно габаритными, дорогостоящими приборами, трудоемкими с ограниченным рабочим ресурсом и надежностью.

Предлагаемое микроэлектронное многофункциональное гетеромагнитное устройство содержит транзистор, диод с отрицательным сопротивлением, не менее одного ферритового микрорезонатора.

Отличие предлагаемого устройства в том, что на одной из поверхностей или под поверхностью проводящих проводников, покрытий, контактов или на границе слоев с различными проводимостями или внутри слоя (слоев) в области или нескольких областях с высокочастотными магнитными полями вводят один или несколько ферритовых микрорезонаторов с идентичными или различными размерами и формами, магнитными параметрами, которые могут меняться по толщине и площади по определенным законам, иметь заданные градиенты магнитных параметров (намагниченности, диссипации, полей анизотропии и др.) по толщине, поверхности или в объеме микрорезонатора(ов) и которые находятся в одном или различных состояниях - доменном (ненасыщенном), переходном или однодоменном (насыщенном).

Микрорезонатор может иметь проводимость носителей того или иного вида (знака). В устройстве управление центральной частотой (фазой) входных и выходных сигналов, их энергетическими, спектральными, шумовыми параметрами и характеристиками осуществляют выбором величины, направления постоянной составляющей поля подмагничивания относительно кристаллографических осей микрорезонатора и его переменной составляющей - частоты, фазы, вида поляризации высокочастотного магнитного поля для входных (внешних) сигналов, внутренних сигналов, их интенсивности, частоты и параметров модуляции высокочастотного поля, напряжений и токов, приложенных к полупроводниковой части устройства (транзистору, диоду, лазеру).

Использовать ферритовый микрорезонатор как колебательный контур в однодоменном насыщенном состоянии с управляемыми параметрами (индуктивностью), центральной частотой, активной и реактивной частями импеданса и в фильтрах различного вида и конструкций (одно-, двух-, трехзвенных, проходного типа) и на поглощение в устройствах различного уровня мощности от 10 кВт импульсной мощности до 1 мкВт непрерывной мощности и известно широко [23]), и применяются эти микрорезонаторы во внешних цепях устройств.

В качестве колебательного контура с насыщенным ферритом в нелинейном режиме при повышенных уровнях мощности ферритовые микрорезонаторы описывается в [20]. Во всех этих устройствах ферритовые микрорезонаторы включались во внешние цепи различных устройств, включая транзисторы, либо в схемах на транзисторах между каскадами (транзисторами).

Наиболее многофункциональные (многопараметрические) режимы ферритовых микрорезонаторов обеспечиваются, с одной стороны, изменением величин поля подмагничивания, которое дает следующие состояния:

- доменный (насыщенный) режим, при котором резонатор разбит на малые области - домены с размером домена до 10 мкм и большим числом собственных частот:

1) до 5 для одноосных и кубических структур ферритов;

2) до 7-9 в антиферромагнетиках;

- переходный или ненасыщенный (от доменного к однодоменному - насыщенному), который является наиболее сложным для теоретического описания и экспериментальных исследований;

- насыщенный или однодоменный, который наиболее полно исследован и широко применяется.

Для формирования различных видов сигналов в активных режимах используют различные электрические полупроводниковые и микроэлектронные схемы, включая монолитные (МИС) и сверхбольшие (СБИС) микросхемы и устройства, выполненные по монолитной технологии в радио- и оптическом диапазонах. Высокий уровень интеграции позволяет в малых объемах разместить очень большое число различных элементов, формировать и обрабатывать в реальном масштабе времени сигналы различных уровней сложности. Основная часть активных устройств различных уровней мощности и диапазонов частот (автогенераторов, усилителей, приемников, передатчиков, локационных станций, синтезаторов частот, векторных сенсоров и др.) состоит из большого числа комплектующих элементов с навесным монтажом, а также планарные элементы в интегральных микросхемах. Эти устройства, модули весьма громоздки, трудоемки и дорогостоящи. Их рабочий ресурс ограничен. Масс-габаритные показатели и стоимость весьма значительны и не могут быть уменьшены на несколько порядков. Технический КПД модулей устройств на известных элементах и комплектующих либо пренебрежимо мал, либо ограничен и не может быть существенно повышен, а энергопотребление - снижено.

При переходе к микроэлектронной элементной базе, МИС, СБИС и микроконтроллерам, микропроцессорам резко снижаются масс-габариты устройств и модулей, но стоимость и трудоемкость остаются высокими. Кроме того, проблемы снижения экологического загрязнения окружающей среды и уровень выброса СО₂ в атмосферу остаются высокими.

Для расширения диапазона рабочих частот, расширения возможностей управления параметрами транзисторов и устройств на их основе в генераторах с магнитной перестройкой, высокостабильных импульсных СВЧ-передатчиках и др. во внешних (вне транзистора) входных цепях транзисторов, во внешних цепях обратных связей применялись ферритовые микрорезонаторы.

С другой стороны, в зависимости от соотношения величин высокочастотной мощности , значения пороговой высокочастотной мощности _пор и высокочастотной намагниченности образца феррита наблюдаются следующие динамические состояния:

- линейный режим, при котором , ;

- переходный из линейного в нелинейный или квазилинейный ≈_пор, ≈;

- нелинейный, при котором , .

Указанные статические и динамические состояния ферритовых микрорезонаторов 1) по величине поля подмагничивания - доменные, переходные, однодоменные и 2) по величине и соотношению высокочастотных величин полей , и намагниченности определяют многообразие параметров одно- и многосвязанных линейных, слабонелинейных и нелинейных колебательных контуров, которые следует включить в те или иные межэлектродные промежутки в полупроводниковом устройстве в цепях внутренних положительных и обратных связей или в специальные межэлектродные пространства между основным(ыми) электродом(ами) на входе или выходе внутри устройства.

Параметры микрорезонаторов, которые могут быть выполнены из однородного феррита или представлять собой сложные многослойные структуры с поперечным градиентом и градиентом по площади с магнитными параметрами значения высокочастотных полей , , высокочастотной намагниченности , их градиенты , диапазон собственных рабочих частот устройства, величина и направление поля подмагничивания, их топологии и расположение в предлагаемом устройстве определяют многофункциональные, многопараметрические микроэлектронные устройства.

Известные типы и структуры ферритов позволяют перекрывать от радиоволнового на ферро- и ферромагнетиках (железо-иттриевые гранаты Y₃Fe₅O₅, шпинели MgAl₂O₃, гексаферриты бария) до оптического диапазона на антиферромагнетиках (α·Fe₂O₃ гематит, FeBO₃ борат железа, NiCO₃ карбонат никеля). Наличие нелинейных эффектов зависит от уровня пороговой высокочастотной мощности (на частоте 1 ГГц порядка 0,5-1,0 мВт), определяет режимы параметрического умножения, деления, частотной модуляции в ферритовых микрорезонаторах. Кроме того, ферритовый микрорезонатор может быть выполнен из различных материалов с различными магнитными параметрами. Новые виды структур - эпитаксиальные пленки, включая многослойные с заданными поперечными градиентами магнитных параметров (намагниченностей насыщения), уменьшение толщины резонатора до нескольких мкм (5-50 мкм), включая многослойные (до 7 слоев), позволяют значительно уменьшить по сравнению со сферами размеры микрорезонаторов.

На фиг.28 показана топология n-р-n биполярного магнитотранзистора: 1 - вывод подложки носителей р-типа, 2 - вывод коллектора, 3 - вывод базы, 4 - вывод эмиттера, 5 - дополнительный электрод связи с базой через ферритовый микрорезонатор, 6 - дополнительный электрод связи с эмиттером через ферритовый микрорезонатор, 7 - дополнительный электрод связи с коллектором через ферритовый микрорезонатор, 8 - ферритовый микрорезонатор между коллектором и дополнительный электродом коллектора, 9 - ферритовый микрорезонатор между базой и дополнительным электродом базы, 10 - ферритовый микрорезонатор между эмиттером и базой, 11 - ферритовый микрорезонатор между эмиттером и дополнительным электродом эмиттера, 13 - ферритовый микрорезонатор между эмиттером и коллектором, 13 - ферритовый микрорезонатор между базой и коллектором, 14 - SiO₂, 15 - подложки с р-проводимостью, 16 - эпитаксиальный слой с n-областью, 17 - р-область базы, 18 - n⁺-область эмиттера, 19 - n⁺-область коллектора. Поля подмагничивания - , , , , , приложены к соответствующим ферритовым микрорезонаторам в магнитотранзисторе. На сечениях А-А и Б-Б показаны расположение зон проводимостей (16, 17, 18, 19), электроды транзистора (1, 2, 3, 4), дополнительные электроды (5, 6, 7), ферритовые микрорезонаторы (8, 9, 10, 11, 12, 13,), слой SiO₂ - 14. На фиг.29 показаны сечения пленочных ферритовых микрорезонаторов - магнитных диэлектриков: а) однослойного с постоянными параметрами по толщине слоя (пленки) феррита намагниченности насыщения M_S, поля анизотропии Н_A, ширины линии ферромагнитного резонанса ΔН; б) семислойного с намагниченностями M_S1, M_S2, M_S3, M_S4, M_S5, M_S6, M_S7, поля анизотропии H_A1, Н_A2, Н_A3, Н_А4, Н_A5, Н_A6, H_A7 шириной линии ферромагнитного резонанса ΔH₁, ΔН₂, ΔН₃, ΔН₄, ΔН₅, ΔН₆, ΔН₇.

Ширина ферритового резонатора W не менее толщины доменов и при толщине слоя феррита d, причем . В межэлектродном зазоре полупроводникового устройства размещается или размещаются ферритовый микрорезонатор или ферритовые микрорезонаторы с шириной W и длиной L. Микрорезонаторы могут быть: прямоугольной формы с размерами d×W×L; иметь форму эллипсоида с размерами полуосей a×b×c, причем a=d/2, b=W/2, c=L/2; или частный случай эллипсоида - сфероид (сферу) диаметром D≥W. Ферритовый микрорезонаторы могут иметь по толщине, ширине и длине магнитные параметры: а) однородные, б) изменяющиеся по тому или иному закону, в частности быть многослойными с поперечными градиентами параметров ▿M_s, ▿H_A, ▿ΔН_A. Ферритовый микрорезонатор должен быть размещен в максимуме высокочастотных магнитных полей в полупроводниковом устройстве , т.е. . Если в полупроводниковом устройстве два и более микрорезонаторов, то они могут находиться

- в одном поле подмагничивания и иметь одинаковые или различные магнитные параметры;

- в различных полях подмагничивания;

- в одинаковых или различных статических режимах работы (доменном, переходном или однодоменном), которые определяются как магнитными параметрами, размерами феррита, так и величиной поля подмагничивания;

- в одинаковых или различных динамических состояниях: линейном (, ), переходном или квазилинейном (, ), нелинейном (, ).

Места расположении ферритовых микрорезонаторов в полупроводниковом устройстве, их магнитные параметры, магнитное поле или магнитные поля подмагничивания.

Поле подмагничивания наряду с постоянной составляющей Н₀ может иметь переменную составляющую , причем полное поле подмагничивания , где ω_мод - частота модуляции. Для высококачественных монокристаллических ферритов типа ИЖГ время релаксации переменных процессов составляет 10^-9 с, что соответствует верхним частотам модуляции (ω_мод/2π)_max=1 ГГц.

Отметим, что ферритовый микрорезонатор может иметь вид сферы, которая размещается в области максимального провисания высокочастотных магнитных полей полупроводникового устройства, имеет диаметр D≫W, может находиться в доменном, переходном или однодоменном режимах и в одном из состояний - линейном, переходном, нелинейном.

Ферритовый микрорезонатор один или несколько может работать и без поля подмагничивания - в режиме авторезонанса (магнитные параметры - намагниченность, поле анизотропии, размеры и форма образа микрорезонатора и его размагничивающие факторы) на одной из характерных частот.

Для полупроводникового устройства, выполненного в виде слоев с различными видами проводимости, включая эпитаксиальные технологии, легирование, ферритовые микрорезонаторы могут располагаться с требуемыми магнитными параметрами и поперечными размерами в областях максимумов высокочастотных магнитных полей соответствующих межэлектродных областей или в областях между основными и дополнительными электродами.

Основные этапы изготовления многофункционального эпитаксиального биполярного магнитотранзистора с ферритовыми микрорезонаторами, встроенными в один из слоев в области локализации высокочастотных магнитных полей в межэлектродные области «эмиттер-база», приведены на рис.32а-н. В этапы изготовления биполярного транзистора [19] введены новые, обеспечивающие введение пленочных ферритовых микрорезонаторов.

На фиг.29а-н показаны: а - подготовка пластины с р-проводимостью и оксидирование слоем SiO₂; б - фотолитография для вскрытия окон под скрытый слой; в - диффузия донорной примеси n⁺ и снятие слоя оксина SiO₂; г - наращивание эпитаксиального слоя с n-проводимостью и оксидирование слоем SiO₂; д - фотолитография для вскрытия окон под эпитаксиальные ферритовые ферритовые микрорезонаторы, размещаемые внутри слоя с n-проводимостью в области локализации высокочастотных магнитных полей между эмиттером и базой в транзисторе; е - наращивание эпитаксиальных ферритовых микрорезонаторов в окнах на слое с n-проводимостью и снятие защитного оксидного слоя SiO₂; ж - наращивание эпитаксиального с n-проводимостью и оксидирование слоем SiO₂; з - фотолитография для вскрытия окон под разделительную диффузию; и - диффузия акцепторной примеси и оксидирование SiO₂; к - фотолитография для вскрытия окон под базу; л - диффузия акцепторной примеси, оксидирования SiO₂ и фотолитография для вскрытия окон под эмиттер; м - диффузия донорной примеси, снятия окисла SiO₂ и наращивание чистого окисла; н - фотолитография для вскрытия окон под контакты, напыление планки металла и фотолитография для формирования контактных площадок эмиттера - Э, базы - Б, коллектора - К и соединительных проводников с подложкой - П.

При размещении эпитаксиальных ферритовых микрорезонаторов между омическими контактами биполярного магнитотранзистора (фиг.30) основные этапы, приведенные на фиг.29а, б, в, г, сохраняются, этапы фиг.29д, е, ж формирования эпитаксиальных ферритовых микрорезонаторов между эмиттером и базой внутри слоя транзистора упраздняются, а этапы фиг.29з, и, к, л, м - выполняются, а за ними следуют этапы формирования эпитаксиальных ферритовых микрорезонаторов на месте между будущими электродами эмиттера и базы и описанный на фиг.29н этап фотолитографии для вскрытия окон под контакты напыления пленки металла и фотолитографии для формирования контактных площадок эмитера - Э базы - Б, коллектора - К и соединительных проводников с подложкой - П.

Обобщенные эквивалентные схемы многофункциональных биполярных и полевых магнитотранзисторов приведены на фиг.31 и фиг.32, соответственно.

На фиг.31 приведены обобщенная эквивалентная схема многофункционального полевого магнитотранзистора на основе модели Матерка: А, В, С - ферромагнитные микрорезонаторы внутри полевого транзистора на входе его электродов - истока (А), стока (В) и затвора (С), а двусвязанные ферритовые микрорезонаторы также в межэлектродных пространствах - «исток-сток» - «1-2», «исток-затвор» - «1-3» и «сток-затвор» - «2-3», которые могут находиться в доменном, переходном и однодоменном состояниях в линейном и нелинейном режимах - каждый в своем состоянии и режиме.

На фиг.32 показана эквивалентная схема многофункционального биполярного магнитотранзистора на основе модели Гумеля-Пуна: А, В, С - ферромагнитные микрорезонаторы внутри биполярного транзистора на входе его электродов - базы (А), эмиттера (В), коллектора (С), а также в межэлектродных пространствах - «база-эмиттер» - ферромагнитные двусвязанные ферритовые микрорезонаторы «1-2», в пространствах - «база-коллектор» - ферромагнитные двусвязанные ферритовые микрорезонаторы «1-3», в пространствах - «эмиттер-коллектор» - ферромагнитные двусвязанные ферритовые микрорезонаторы «2-3». Ферритовые микрорезонаторы А, В, С и двусвязанные резонаторы «1-2», «1-3», «2-3» в общем случае могут находится в доменном, переходном и однодоменном состояниях в линейном и нелинейном режимах - каждый в своем состоянии и режиме.

В генераторных режимах работы многофункционального полупроводникового устройства (транзистора, диода, лазера) ФМКР играет роль внутреннего многофункционального многсвязанного нелинейного колебательного контура, включенного в одну или несколько внутренних цепей обратных связей и обеспечивающего многоканальное управление по вектору поля подмагничивания - его величины, направления, ориентации относительно основных осей ФМКР и девиация по амплитуде и частоте, питанию полупроводникового устройства - напряжению или напряжениям и току или токам и их модуляционным характеристикам, уровню мощности, амплитуде высокочастотной мощности, подводимой к ФМКР, а также поляризации высокочастотного магнитного поля относительно вектора высокочастотной намагниченности вещества ФМКР. В выходных цепях (электродах) генераторного полупроводникового устройства ФМКР играют роль управляемых избирательных по частоте элементов или управляемых трансформаторов импеданса.

В усилительных режимах работы ФМКР на входе и выходе транзистора обеспечивают перестройку центральной частоты и позволяют регулировать избирательные режимы. Согласование по входу и выходу усилителя обеспечивается улучшение отношения сигнал/шум.

В смесительных режимах возможно управление внеполосными излучениями, потерями на преобразование, шумами.

В супергетеродинных режимах возможно управление коэффициентом усиления, коэффициентом шума, перестройкой промежуточной частоты.

В магниточувствительных режимах определяется вектор магнитной индукции и его девиация по частоте в малой области пространства, определяемой ферритовым микрорезонатором.

В режимах регистрации вектора смещения и производных по времени определяются все физические величины по первым и вторым производным по времени и соответствующим весовым коэффициентам (множителям).

Устройство работает следующим образом. Ферритовый микрорезонатор выполняет роль внутреннего в полупроводниковом устройстве многофункционального, многосвязанного нелинейного колебательного контура, в котором собственными частотами и их частотной модуляцией комплексными коэффициентами отображения и передачи управляют при заданных магнитных параметрах (намагниченности, поля анизотропии, ширины линии ферромагнитного резонанса, форме и размерах) как величиной, направление вектора магнитного поля , его модуляционной составляющей так и уровнем высокочастотной мощности, подводимой к ферритовому микрорезонатору ФМКР. При включении ФМКР во внутренние цепи положительной обратной связи при выполнении условия К'_oc·К_nom≥1 имеет место генерация (регулярного, шумоподобного, шумового сигналов, эквиданстантных сеток частот), во внутренних цепях отрицательной обратной связи ФМКР - управление коэффициентом усиления и фазочастотными характеристиками; во входных и выходных внутренних цепях управляется центральная частота, комплексными сопротивлениями - активной и реактивной частями. Многофункциональными свойствами в еще большей мере будет обладать полупроводниковое устройство с несколькими ФМКР, которые могут работать на различных собственных частотах и их частотных модуляциях - находится в доменном, переходном, однодоменном состояниях, в линейном или нелинейном режимах.

Предлагаемое техническое решение апробировалось на различных типах полевых и биполярных транзисторов на низком (мВт) и высоком (Вт) уровнях мощности в диапазоне частот 300 МГц-40 ГГц, теоретически - в диапазоне 300 МГц-1000 ГГц в генераторном и усилительном режимах на регулярных, шумоподобных, шумовых сигналах по типу сверхширокополосных синтезаторов частот магниточувствительных векторных режимов, режимов регистрации векторов смещения и др.

Многофункциональные свойства генератора на биполярном магнитотранзисторе, управляемого магнитным полем, показаны на фиг.33,а, б. Генератор выполнен по схеме с общей базой на биполярном мощном транзисторе КТ962Б с ферритовой сферой D=0,4 мм, имеющей намагниченность насыщения 4πM_s=190 Гс, напряжения питания U_к=4 B и U_э=3 B при средней мощности Р_вых≈0,5 Вт и η=50% для сигналов на основной частоте ν_о (сплошная линия), первой ν₁ (пунктирная линия) и второй ν₂ гармоник (штрихпунктирная линия), показаны зависимости ширины спектральной линии по уровню - 3 дБ (Δν_-3дБ) и по основанию - на уровне - 60 дБ (Δν_{осн-60дБ}) от поля подмагничивания Н_о. Осциллограммы показывают наиболее типичные спектры формируемых сигналов на частоте ν_o.

При поле Н_о0, которое соответствует авторезонансу, имеем случай генерации достаточно широкополосных шумоподобных сигналов (см. фиг.33, а, осциллограмма 1). С увеличением номера гармоник возрастает ширина спектральной линии.

При увеличении поля подмагничивания до значений Н_о=(40...60) Э наблюдалась синхронная перестройка центральных частот ν_0,1,2 и сужение спектральной линии на уровне Δν_{-3 дБ} на порядок для всех спектральных составляющих сигнала, причем сужение спектральных линий по основанию на уровне Δν_{-60 дБ} происходило более эффективно для высших гармоник ν₂ и ν₁. Сигнал из шумоподобного при Н_о0 (осциллограмма 1) был переведен в спектрально чистый при Н_о(40...60) Э (осциллограмма 2). При этих значениях магнитного поля Н_о наблюдаются параметрические процессы умножения сигнала основной частоты, так как ширина спектральных линий для всех регистрируемых гармоник близка (Δν₁Δν₂Δν₃const).

При дальнейшем увеличении магнитного поля до значения Н_о100 Э наблюдается переход к шумоподобному сигналу (осциллограмма 3).

При поле Н_о105 Э имел место переход к более узкополосному шумоподобному сигналу (осциллограмма 4).

При Н_о120 Э (осциллограмма 5) уширяется основание спектральных линий шумоподобных сигналов на всех спектральных составляющих.

При увеличении магнитного поля до значения Н_о137 Э имеем широкополосные шумоподобные сигналы (осциллограмма 6).

При Н_о139 Э наблюдается широкополосный шумовой сигнал, который по ширине спектра для всех составляющих ν_{0, 1, 2} превосходит (осциллограмма 7) исходные спектральные линии при Н_о=0 Э (см. осциллограмму 1).

При Н_о148 Э имеет место режим зашумленных эквидистантных сеток (осциллограмма 8).

При дальнейшем увеличении магнитного поля наблюдаются режимы спектрально чистых линий с Δν₁=const, Δν₂=const, Δν₃=const (осциллограмма 9).

На одном биполярном магнитотранзисторе наблюдалось:

- синхронное изменение центральных частот для составляющих ν_о, ν₁, ν₂;

- одновременное управление видами сигналов, их спектральными и шумовыми характеристиками;

- управление качеством сигнала и переходом от первоначального шумового режима (осциллограмма 1) к спектрально чистым (осциллограммы 2 и 9) сигналам и шумовым сигналам с различной неравномерностью (осциллограммы 3, 4, 5, 6, 7, 8) и наибольшей спектральной плотностью мощности - СПМ (осциллограмма 8);

- управление шириной спектральной линии более чем в 10-40 раз.

В предлагаемом устройстве возможно многофункциональное управление энергетическими и спектральными характеристиками, качеством сигнала, СПМ при различных значениях магнитного поля Н_о, уровнем ВЧ-мощности, так называемое динамическое управление. На фиг.34, а, б приведены зависимости энергетических и спектральных характеристик регулярных и шумоподобных сигналов (Δν_{-3 дБ}, Δν_{-60 дБ}, осциллограммы 1-7), формируемых при различных значениях магнитного поля Н_о и уровнях выходной мощности Р_вых для основной частоты ν_о.

При определенных значениях уровня выходной мощности имеет место генерация:

- спектрально чистых сигналов (Р_вых=0,1 Вт, Н_о=253 Э, осциллограмма 1 фиг.33, а);

- наиболее широкополосных шумовых сигналов Р_вых=0,5 Вт; Н₀=253...260 Э, осциллограмма 2, 3 фиг.33а, б);

- шумовых сигналов (Р_вых=1 Вт, Н_о=250...253 Э, осциллограмма 4 фиг.33,а, б);

- шумовых сигналов (Р_вых=(1...2,8) Вт, Н_o=250...260 Э, осциллограммы 5, 6, 7 на фиг.33, а и осциллограммы 4, 5 на фиг.33, б).

Приведенные данные показывают, что в генераторной ФПС возможно управление СПМ в 10...50 раз, включая ваттные уровни мощности.

На фиг.35-36 схематично представлены основные виды сигналов, формируемых биполярным магнитотранзистором в режиме синтезатора частот в многоактавном частотном диапозоне в режимах параметрического умножения и деления (фиг.35), параметрического умножения и параметрической частотной модуляции (фиг.36, 37), избирательное зашумливание отдельных участков в спектре (фиг.38), избирательное увеличение уровня мощности (фиг.39), генерация сверхширокополосного белого шума (фиг.40).

На фиг.35 показаны:

- сигнал на фундаментальной (основной) частоте ν_o=1 ГГц с шириной спектральной линии на определенном уровне от амплитудного значения Δν;

- сигналы гармонических составляющих с n=20 и n=40 c Δν=const;

- сигнал субгармонической составляющей при номере субгармоники m=70 c Δν=const.

Экспериментально параметрическое умножение и деление сигнала наблюдалась на структуре, выполненной на основе биполярного транзистора КТ938А и сферического микрорезонатора из монокристаллического ЖИГ с намагниченностью 4πM_s=410 Гс. При этом в области гармонических составляющих частот ν>1 ГГц умножение было высокоэффективным, вплоть до ν≥40 ГГц, а в области Δ<1 ГГц субгармонических составляющих параметрическое деление имело потери на преобразование на - (40÷45) дБ выше, чем для гармонических составляющих, что было связано с наличием в макете фильтра нижних частот. Процессы были параметрические с Δν=const для гармоник с n>1 и субгармоник с m>1.

С изменением поля подмагничивания Н_о центральные частоты всех спектральных составляющих синхронно перестраивались, причем крутизна перестройки для гармоник β_n=Δν_n/ΔН=nΔν/ΔH_o, а для субгармоник α_m=Δν_m/H_o=Δν/mH_o, где n=2, 3, ..., m=2, 3, ..., ΔνnΔν_mΔν.

На фиг.36 показаны спектры сигналов многофункционального синтезатора частот в многоактавном частотном диапазоне в режиме генерации эквидистантных сеток частот в окрестности каждой составляющей спектра: Δ^c _o, ν^c _n, причем частотные расстояния для гармонических составляющих Δν_n=nΔν_o, а для субгармонических Δν_m=Δν_o/m. При изменении магнитного поля Н_o группы эквидистантных сеток перестраивались синхронно с крутизнами, аналогичными сигналам на фиг.35. При определенных значениях поля Н_о эквидистантность частотных расстояний изменялась скачком, и в частотных областях каждой составляющей (фиг.36) наблюдалось дробление на составляющие следующих порядков (см. фиг.37, на которой показаны сетки частот второго порядка в областях фундаментальной частоты Δν_o и гармоники - Δ₄₀ с n=40).

При изменении уровня ВЧ выходной мощности также наблюдались эквидистантные сетки высших порядков (с более мелким дроблением частотных областей).

На фиг.38, 39 показаны генераторные режимы работы биполярного магнитотранзистора, при которых имеют место избирательное зашумливание составляющих определенных частотных областей; избирательное изменение уровня мощности определенных составляющих.

На указанной структуре наблюдался близкий к белому шуму сигнал в диапазоне частот шире 10 МГц-40 ГГц (фиг.40).

На фиг.41 показана обобщенная зависимость резонансных частот Δ_рез для различных ферритов: гранатов (KG), шпинелей (KS) и гексаферрита бария (KB), которые могут использоваться в магнитполупроводниковых устройствах СВЧ-, КВЧ-диапазонов.

Основные виды спектров сигналов, которые наблюдались в автогенераторных режимах в мощных биполярных магнитотранзисторах, выполненных на промышленных транзисторах КТ962Б и ферритах типа KG15, KG30, KG65, показаны на осциллограммах фиг. 42. Это вид сигналов, генерируемых одновременно на основной частоте, гармонических составляющих и, при определенных типах структур, на субгармонических составляющих, которые могут синхронно перестраиваться по частоте (фазе) при изменении напряжений питания транзистора или величины поля подмагничивания.

На фиг.42а показан вид спектрально-чистого сигнала с шириной спектральной линии Δν=10 кГц.

На фиг.42б, в приведены спектры сигналов в режиме зашумливания пьедестала вблизи несущей частоты в диапазоне доплеровских частот отстроек (до 100 кГц).

На фиг.42г - спектр сигнала в режиме зашумливания пьедестала в широком диапазоне частот отстроек, включающем диапазоны доплеровских и промежуточных частот отстроек.

На фиг.42д, е, ж приведены спектры шумоподобных широкополосных сигналов различных видов.

На фиг.42з-42н показаны спектры эквидистантных сеток частот в различных режимах зашумливания.

На фиг.42о-42с приведены различные спектры широкополосных шумоподобных сигналов.

На фиг.42т показан спектр белого шума в диапазоне частот 10 МГц-40 ГГц с интегральной мощностью 50 мВт при КПД=45%.

Рассматриваемый магнитотранзистор в режиме генерации допускал синхронное управление центральными частотами, шириной спектров, их формой и качеством сигнала - уровнем шума за счет изменения поля подмагничивания Н_о, напряжения питания транзистора.

На фиг.43а, б, в показаны экспериментальные зависимости изменения ширины спектральной линии Δν_{-3 дБ} для основной ν_o и первой гармонической составляющей ν₁ сигналов в магнитотранзисторе за счет изменения напряжений на эмиттере U_э, на коллекторе U_к и поля подмагничивания Н_о. Минимальная ширина спектральной линии сигналов составляла Δν_{-3 дБ}=10...15 кГц, и ее уширение за счет режима питания транзистора составляло более 20-30 раз, а за счет изменения магнитного поля - в 3·10² раз. Средняя крутизна перестройки центральной частоты V_o и первой гармонической составляющей ν₁ сигналов, генерируемых ФПС, за счет напряжений на транзисторе - U_к и U_э:

- по напряжению на эмиттере Δν_o/ΔU_э-18 МГц/B, Δν₁/ΔU_э-42 МГц/B;

- по напряжению на коллекторе Δν_о/ΔU_э+8 МГц/B, Δν₁/ΔU_э+12 МГц/B;

- по полю подмагничивания Δν_о/ΔН_о=+1,4 МГц/Э, Δν₁/ΔН=+2,6 МГц/Э.

В табл.1 приведены показатели, которые наиболее существенно изменяются при использовании генераторных магнитотранзисторов.

Доменные режимы ФМКР иллюстрирует фиг.44, резонансные частоты вдоль границ доменов ω² _//1,2=1/L_//1,2C_//1,2, поперек границ доменов ω² _⊥1,2=1/L_⊥1,2C_⊥ и междоменных границ ω² _d=1/L_dC_d.

На фиг.45 показан биполярный магнитотранзистор со сферическим ФМКР на ЖИГ, ВЧ магнитные поля транзистора по переходу «эмиттер-база» - h_ве и ВЧ магнитные поля ФМКР. Матрица связи ВЧ намагниченности М имеет размер 5×5.

На фиг.46 приведена эквивалентная схема генераторного мощного биполярного магнитотранзистора на ЖИГ-микрорезонаторе (пять колебательных контуров) и модели Гуммеля-Пунна.

На фиг.47 - схема подключения к транзисторам типа 2N6679A (Motorola, рабочий диапазон - до 4 ГГц, мощность - 0,45 Вт, коэффициент усиления по мощности - 4,8 дБ) и КТ9189Б-2 (рабочий диапазон - 200-470 МГц, мощность - 2 Вт, коэффициент усиления по мощности - 10 дБ), ФМКР в виде колебательных контуров А, В, С. При подключении контура А в цепь базы транзистора 2N6679A реализуется режекторный режим (фиг.48).

При подключении ФМКР - контура С в цепь коллектора транзистора 2N6679A имеем полосно-пропускающий режим (фиг.49).

При подключении контура В в цепь эмиттера транзистора 2N1679A имеет место режекторный режим (фиг.50).

При включении контуров А в цепь базы (фиг.51) транзистора КТ9183 Гц-2 имеет место режекторный режим.

Магниточувствительные режимы на основе ферромагнитного резонанса в магнитотранзисторах обеспечивают регистрацию многопараметрических векторных сигналов - откликов на вектор магнитной индукции в пространстве (в месте нахождения) ФМКР в магнитотранзисторе. Эти сигналы однозначно связаны в генераторном режиме с вектором внутреннего (эффективного) магнитного поля в ФМКР и его переменными составляющими в виде частотно-модулируемых сигналов-откликов и магнитными полями воздействия. В цепи положительной обратной связи транзисторов включен ФМКР из монокристаллического феррита (сферы, пленки, включая многослойные сферы и плёнки). Эффективное, внутреннее магнитное поле такого резонатора зависит от величины и направления вектора магнитного поля Н_о в точке расположения ФМКР. Поэтому частота такого магнитотранзистора будет однозначно связана с Н_о и может регистрироваться сколь угодно точно.

В табл.2 для сравнения приведены известные типы магнитных датчиков, их чувствительность и принцип действия. Датчики, построенные на ФМР - генераторных магнитотранзисторах, выгодно отличаются от большого числа известных датчиков и могут быть реализованы на основе современных технологий в виде малогабаритных, портативных устройств, включающих микроконтроллерную обработку сигнала-отклика и его протоколирование на ЭВМ.

На фиг.52 показаны диаграммы регистрации параметров «частота -магнитное поле» генераторным магнитотранзистором, содержащим ФМКР в виде сферы в цепи положительной обратной связи биполярного транзистора для различных дискретов угла поворота в азимутальной (горизонтальной) плоскости.

Максимальное значение параметра «частота-поле» соответствует направлению плоскости магнитного меридиана в данной точке (области усреднения по ФМКР) пространства размещения магнитотранзистора в магнитометрическом режиме.

При вращении магнитотранзистора в меридиональной плоскости имеют место аналогичные предыдущим диаграммы в координатах «частота-поле», причем максимум диаграммы соответствует направлению вектора магнитного поля в данной точке пространства или углу магнитного наклонения вектора магнитного поля (фиг.53).

На фиг.54 приведены зависимости регистрации по дальности ферротел в виде сфер при магнитной чувствительности магнитотранзистора 10^-4 Гс или 10 нТл.

На фиг.55 приведены аналогичные зависимости для магнитной чувствительности 10^-7 Гс или 10^-2 нТл.

Таблица 1
Показатели, изменяющиеся более существенно при использовании генераторных гетеромагнитных структурПараметрыУсловная генераторная гетеромагнитная структураУсловный прототип (система радиопротиводействия)Выигрыш, его оценка1. МассаДесятки гДесятки-сотни кгВ 10³-10⁵ раз и более2. Габариты˜ 1 мм³0,5 дм³10⁵ раз и более3. Себестоимость50-400 SДесятки-тыс. S10²-10³ и более4. Рабочий ресурс10³-10⁴ и более час100-200 часВ 10²-10³ раз и более5. КПД технический50-60 % Существенны6. Диапазон перекрытия рабочих частот, ГГц5...7 частотных октав и более2 частотные октавыВ 2.5...3 раза и более7. Мультичастотность (многооктавное перекрытие частотного диапазона одним видом сигнала)ЕстьНетКрайне существенный8. Многофункциональность (спектрально чис-Основное преимуществоОграниченаКрайне существенныйтые, шумоподобные, эквидистантные сетки частот, белый шум)(нет аналогов)  9. Продвижение в новые частотные диапазоныНа одной конструкции ЧИП- а без финансовых затратЗначительные финансовые затраты на НИОКР, пром. освоение и выпускКрайне существенный10. Удельная мощность, Вт/кг10²-10⁴Нет данныхКрайне существенный11. Спектральная плотность мощности, Вт/МГц100-500 и более100-500При уменьшении на порядок масс-габаритов и КПД≈50%12. Управление шириной спектральной линии10³-10⁴ раз и болееНет данныхВ 10³-10⁴ раз и более, крайне существенный13. Синхронное управление перестройкой по частоте (фазе) всех составляющихОсновное преимуществоНет данныхКрайне существенный14. Мультирежимность (электрическое переключение из одного вида сигнала в другой, управлениеОсновное преимуществоНет аналоговКрайне существенныйвеличиной и неравномерностью СПМ, переход
из непрерывного в импульсный режим, сигналы от спектрально чистых до белого шума
и сеток частот с управляемой эквидистантностью)   15. Уровень непрерывной мощности, Вт5-10 (может быть повышен в 10²...10³раз)Десятки-сотниКрайне существенный

Таблица 2№Тип датчикаЧувствительностьПринцип действия1Магнитостатический1 нТл
(10^-5 Э)Взаимодействие измеряемого поля с постоянным магнитом2Электрический (электромагнитный)0,1 нТл
(10^-6 Э)Взаимодействие измеряемого поля с магнитным полем катушек (обычно колец Гельм-гольца)3Индукционный0,1-1 нТл
(10^-6-10^-5 Э)Наведение эдс в контуре при изменении магнитного потока4Феррозонд10^-2-10^-1 нТл
(10^-7-10^-6 Э)Разновидность индукционного измерения по второй гармонике5Гальваномагнитный10^-5-10^-4 Тл
(0,1-1 Э)Эффект Холла6Магниторезистивные10 нТл
(10^-4 Э)Возникновение силы Лоренца в магнитном поле7Квантовый0,1 нТл
(10^-6 Э)Явление ядерного магнитного резонанса8На основе ФМР0,01-0,1 нТл
(10^-7-10^-6 Э)Явление ферромагнитного резонанса (электронный резонанс в магнитоупорядоченных веществах)9Сверхпроводящий10^-6 нТл
(10-11 Э)Измерение числа квантов магнитного потока, пронизывающего контура

Источники информации

1. Патент США №3879677, Н 03 В 5/36, Apr.22, 1975.

2. Патент России №2202115 С2, 7 G 01 R 33/02, 10.04.03. Бюл. №10, 2003 г.

3. Патент России №2204144, G 01 R 33/24, H 01 L 29/32, 10.05.03. Бюл. №13, 2003.

4. Патент США №5432373, H 01 L 27/22, Jul.11, 1995.

5. Патент России №2127007 С1, H 01 L 29/82, 27.02.99. Бюл. №6, 1999.

6. Патент США №5313082 С1, H 01 L 27/085, Feb.16, 1993.

7. Патент США №5200713 C1, H 03 B 5/18, May 18, 1992.

8. Калинин В.Н., Зологин Н.М., Мясин Е.А. Переход к хаосу в параметрической системе с нелинейным ферритовым микрорезонатором. Письма в ЖТФ, т.10, вып.21, 1984.

9. Патент США №5130670 C1, H 03 L 7/07, Aug.1, 1991.

10. Патент США №5146186 C1, H 03 L 7/07, May 13, 1991.

11. Безбородов Ю.М. и др. Многофункциональные генераторные СВЧ-устройства с использованием диэлектрических резонаторов. Обзоры по электронной технике. Сер.1. Электроника СВЧ, вып.21, 1983.

12. Петров Т.В. и др. Малошумящие автогенераторы на полевых транзисторах с барьером Шоттки. - Зарубежная электроника, №3, 1983, с.24-27.

13. Патент RU №2012102 С1, H 01 L 29/812, 30.04.94. Бюл. №8.

14. Патент RU №2212090 C1, H 03 B 5/18, 7/14.

15. Викулин И.В., Глауберман М.А. и др. Датчики магнитного поля на основе двухколлекторного магнитотранзистора ПТЭ, №5, 1974.

16. Патент RU №2055419 C1, 6 H 01 L 29/82, 27.02.96. Бюл. №6.

17. Патент RU №2008748 C1, 5 H 01 L 29/82, 28.02.94. Бюл. №4.

18. Патент RU №2097873 C1, 6 H 01 L 29/82, 27.11.97. Бюл. №33.

19. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. Под ред. Дулина В.Н., Жука М.С. М., Энергия, 1977.

20. Лакс Б., Баттон К. Сверхвысокочастотные ферриты и ферромагнетики; Пер. с англ. / Под ред. Гуревича А.Г. М.: Мир, 1965.

21. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973.

22. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны. М.: «Физ.-мат. лит.» ВО «Наука», 1994.

23. Богданов Г.Б. Основы теории и применения ферритов в технике измерений и контроля. М., 1967.

24. Яковлев Ю.М., Генделев С.Ш. Монокристаллы ферритов в радиоэлектронике / Под ред. Матвеева Г.А. М., 1975.

Изобретение относится к интегральной магнитоэлектронике, а более конкретно к магнитополупроводниковым, многофункциональным микроэлектронным управляемым устройствам, ЧИПам, микромодулям, микросистемам с управлением энергетическими, спектральными, шумовыми характеристиками сигналов, их центральными частотами и фазами, напряжениями и токами и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции и микроминиатюризации устройства, обеспечение возможности многоканального статического и динамического управления параметрами и характеристиками сигналов и др. Сущность изобретения: многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство содержит транзистор, диод, лазер, имеющие сформированный эпитаксиальный слой той или иной проводимости на полупроводниковой пластине и омический контакт с этим слоем. Эпитаксиальный слой является ферродиэлектрическим пленочным микрорезонатором, расположен в межэлектродных областях со стороны омических контактов с максимальным значением высокочастотной магнитной индукции и намагничен внешним полем. Ферродиэлектрический пленочный микрорезонатор может быть расположен между омическим контактом и дополнительно введенным электродом для подачи и (или) съема сигнала. 14 з.п. ф-лы, 2 табл, 55 ил.

1. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство, содержащее транзистор, диод, лазер, имеющие сформированный эпитаксиальный слой той или иной проводимости на полупроводниковой пластине и омический контакт с этим слоем, отличающееся тем, что эпитаксиальный слой является ферродиэлектрическим пленочным микрорезонатором, расположен в межэлектродных областях со стороны омических контактов с максимальным значением высокочастотной магнитной индукции и намагничен внешним полем.2. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что ферродиэлектрический пленочный микрорезонатор расположен между омическим контактом и дополнительно введенным электродом для подачи и(или) съема сигнала.3. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один ферритовый пленочный микрорезонатор размещен внутри эпитаксиального проводящего слоя.4. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один ферритовый пленочный микрорезонатор размещен на границе эпитаксиальных слоев с различными проводимостями в области максимального высокочастотного магнитного поля.5. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что при выборе величины поля подмагничивания, магнитных параметров и размеров ферритовый микрорезонатор работает в одно-, многодоменном и переходном из одного состояния в другое.6. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что при выборе величины поля подмагничивания и намагниченности пленочного ферритового микрорезонатора обеспечивается нелинейный режим.7. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что система подмагничивания имеет подвижную часть в виде постоянного магнита.8. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.7, отличающееся тем, что подвижная часть выполнена в виде ферромагнетика.9. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что ферритовый микрорезонатор выполнен в виде сферы и расположен в соответствующих межэлектронных областях или между омическим контактом и дополнительно введенным электродом.10. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.9, отличающееся тем, что сфера выполнена не менее чем из двух частей с различными магнитными параметрами.11. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.10, отличающееся тем, что ферритовый микрорезонатор выполнен в виде полусферы, расположенной своей плоскостью на омических контактах.12. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что управление энергетическими и спектральными характеристиками шириной и формой АЧХ усиливаемых, генерируемых, преобразуемых сигналов, их центральными частотами и фазами осуществляется полем подмагничивания.13. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.1, отличающееся тем, что управление параметрами сигналов осуществляется напряжениями, приложенными к основным омическим контактам.14. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по п.12, отличающееся тем, что управление параметрами сигналов осуществляется напряжениями, приложенными к основным омическим контактам.15. Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство по любому из пп.1, 12, 13, 14, отличающееся тем, что управление параметрами сигналов может осуществляться уровнем мощности, поступающей на вход устройства, или уровнем мощности, развиваемой в устройстве.