Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство

Многофункциональное интегральное магнитополупроводниковое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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