1.3 Нові напрямки розвитку мікроелектроніки

Розвиток сучасної мікроелектроніки характеризується розробленням великого числа типів інтегральних мікросхем, в першу чергу створенням великих і надвеликих інтегральних схем і мікропроцесорів, а також систем на одному кристалі. При цьому продовжуватиметься масовий випуск інтегральних мікросхем середнього рівня інтеграції для всіх видів радіоелектронної апаратури. Найбільш широко випускаються напівпровідникові ІМС. Гібридні ІМС і мікроскладення знаходять все більше застосування в аналоговій радіоелектронній апаратурі (apparatus) і апаратурі побутового призначення.

Характерним для всіх типів ІМС є зростання ступеня інтеграції. Напівпровідникові ІМС мають ряд принципових обмежень: граничне мінімальне значення потужності, здатної забезпечити функціонування приладу при 300°С, складає 1 мкВт, граничне значення показника якості (час спрацьовування на потужність вмикання приладу) – 10-14 Дж, що визначає обмеження щодо щільності упакування приладів і їх швидкодії. Нові напрямки розвитку мікроелектроніки показані на рис. 1.1.

Функціональна мікроелектроніка. В основі створення ІМС лежить принцип елементної (технологічної) інтеграції, мікромініатюрізації елементів (активних і пасивних) мікросхеми. В ІМС можна виділити області, що є активними (діоди, транзистори) і пасивними (резистори, конденсатори, котушки індуктивності) елементами. В інтегральній мікроелектроніці зберігається основний принцип дискретної електроніки, заснованої на розробленні електричної схеми за законами теорії ланцюгів. Цей принцип неминуче пов'язаний із зростанням числа елементів мікросхеми і міжелементних з'єднань у міру ускладнення виконуваних нею функцій.

Функціональна мікроелектроніка пропонує принципово новий підхід, що дозволяє реалізувати певну функцію апаратури без застосування стандартних базових елементів, грунтуючись безпосередньо на фізичних явищах в твердому тілі. В цьому випадку локальному об'єму твердого тіла додаються такі властивості, які потрібні для виконання даної функції, і проміжний етап подання бажаної функції у вигляді еквівалентної електричної схеми відпадає. Функціональні мікросхеми можуть виконуватися на основі не тільки напівпровідників, але і таких матеріалів, як надпровідники, сегнетоелектрики, матеріали з фотопровідними властивостями і ін. Для перероблення інформації можна використовувати явища, не пов'язані з електропровідністю (наприклад, оптичні і магнітні явища в діелектриках, закономірності росповсюдження ультразвуку і т.д.)

Рисунок 1.1 – Основні напрями розвитку мікроелектроніки

Оптоелектроніка. Оптоелектронний прилад (optoelectronic device) – пристрій, в якому при обробленні інформації відбувається перетворення електричних сигналів в оптичні і назад.

У оптоелектроніці звичайно використовується діапазон довжин хвиль 0,2 мкм – 0,2 мм. Як джерело випромінювання використовують світлові діоди на арсеніді галію як фотоприймачі (photo receiver) – кремнієві фотодіоди (photo diode) і фототранзистори (photo resistor).

Істотна особливість оптоелектронних пристроїв полягає в тому, що елементи в них оптично зв'язані, але електрично ізольовані один від одного. Завдяки цьому легко забезпечується узгодження високовольтних і низьковольтних, а також високочастотних ланцюгів. Крім того, оптоелектроним пристроям властиві і інші властивості: можливість просторової модуляції світлових пучків (light beam), що в поєднанні із змінами в часі дає три ступені свободи (в чисто електронних ланцюгах – дві); можливість значних розгалужень і перетину світлових пучків у відсутності гальванічного зв'язку між каналами; велике функціональне навантаження світлових пучків зважаючи на можливість зміни багатьох їх параметрів (амплітуди, напрямів, частоти фази, поляризації).

Оптоелектроніка охоплює два незалежні напрями: оптичне і електронно-оптичне. Оптичний напрям базується на ефектах взаємодії твердого тіла з електромагнітним випромінюванням. Воно опирається на голографію (holography), фотохімію ( photochemistry), електрооптику і інші напрями розвитку. Оптичний напрям іноді називають лазерним (laser).

Електронно-оптичний напрям використовує принцип фотоелектричного перетворення, реалізовуваного в твердому тілі за допомогою внутрішнього фотоефекту з одного боку, і електролюмінесценції – з іншого. В основі цього напряму лежить заміна гальванічних і магнітних зв'язків в традиційних електронних ланцюгах оптичними. Це дозволяє підвищити щільність інформації в каналі зв'язку, його швидкодію, перешкодозахист.

Для мікроелектроніки становить інтерес в основному електронно-оптичний напрям, який дозволяє вирішити головну проблему інтегральної мікроелектроніки – істотно зменшити паразитні зв'язки між елементами як усередині однієї ІМС, так і між мікросхемами. На оптоелектронному принципі можуть бути створені безвакуумні аналоги електронних пристроїв і систем: дискретні і аналогові перетворювачі електричних сигналів (підсилювачі, генератори, ключові елементи, елементи пам'яті, логічні схеми, лінії затримки і ін.); перетворювачі оптичних сигналів – твердотільні аналоги електронно-оптичних перетворювачів, відиконів, електронно-променевих перетворювачів (підсилювачі світла і зображення, плоскі передавальні і відтворювальні екрани); пристрої відображення інформації (індикаторні екрани, цифрові табло і інші пристрої картинної логіки).

Магнетоелектроніка. Магнетоелектроніка – напрям функціональної мікроелектроніки, пов'язаний з появою нових магнітних матеріалів, що мають малу намагніченість насичення і з розробленням технологічних методів отримання тонких магнітних плівок. На перемагнічування тонкоплівкового елементу, товщина якого звичайно не перевищує товщини одного домена, потрібна енергія в 10-20 разів менша і час в 10-30 разів менший, ніж на перемагнічування феритового сердечника.

Найбільший інтерес становить використовування тонкоплівкових металевих магнітних матеріалів (magnetic materail) в мікроелектронних запам’ятовуючих пристроях (ЗП), де як елемент пам'яті застосовуються тонкі магнітні плівки. Ці плівки дозволяють створювати надійні швидкодійні ЗП з малою потужністю управління. Вельми перспективні пристрої пам'яті на циліндрових магнітних доменах. Щільність (density) запису таких пристроїв досягає 105 біт/см² при швидкості оброблення інформації – 3?10 біт/с. Перевага цих пристроїв полягає також в тому, що магнітні домени можуть скласти систему ідентичних елементів, що реалізовують функції логіки, пам'яті і комутації без порушення однорідності структури матеріалу носія інформації. Отже, кристал на магнітних доменах є обчислювальним середовищем, на поверхні якого за допомогою системи зовнішніх аплікацій можна розміщувати схеми, що реалізовують різні комбінації логічних і перемикальних функцій і функцій пам'яті.

На тонких магнітних плівках можуть бути виконані не тільки елементи пам'яті (elements memory) ЕОМ, але також логічні мікросхеми, магнітні підсилювачі (amplifier) і інші прилади.

Широкі перспективи побудови різних функціональних пристроїв відкривають нові матеріали – магнітні напівпровідники. До них відносять магнетики, яким не властива металева природа електропровідності і з'єднання магнітних і немагнітних елементів. В наш час відомі такі магнітні напівпровідники, як халькогеніди європія, халькогенідні шпінелі хрому, сильнолеговані ферити (наприклад, залізоітрієвий гранат, легований кремнієм) і т. д.

Акустоелектроніка. Акустоелектроніка (acoustic electronics) – напрям функціональної мікроелектроніки, зв'язаний з використанням механічних резонансних ефектів, п'єзоелектричного ефекту, а також ефекту, заснованого на взаємодії електричних полів з хвилями акустичних напруг в п'єзоелектричному (piezoelectricity) напівпровідниковому матеріалі. Акустоелектроніка займається перетворенням акустичних сигналів в електричні і електричних сигналів в акустичні.

П'єзоелектричні перетворювачі використовують для збудженя за допомогою електричних сигналів акустичних хвиль в ультразвукових лініях затримки і зворотного перетворення їх в електричний сигнал.    

Новим етапом в розвитку акустоелектроніки є використовування поверхневих акустичних хвиль. Поверхневі хвилі мають всі властивості об'ємних хвиль, доступні для дії на всьому шляху, їх розповсюдження уздовж лінії, а технологія виготовлення ультразвукових (ultrasound) ліній з поверхневими хвилями сумісна з технологією виготовлення інтегральних мікросхем.

Хемотроніка. Хемотроніка (hemothronick) як новий науковий напрям виник на стику двох напрямів, що розвиваються: електрохімії і електроніки. На першому етапі свого розвитку хемотроніка як технічна галузь була покликана розробляти загальні теоретичні і технологічні принципи побудови електрохімічних перетворювачів. При цьому створювалися в основному аналоги електронних приладів з тією різницею, що носіями заряду були не електрони у вакуумі, газі або твердому тілі, а іони в розчині. Так були створені електрохімічні випрямлячі (rectifier), інтегратори (integrator), підсилювачі. Рухливість іонів в розчині набагато менша, ніж рухливість електронів в газі або твердому тілі, тому електрохімічні прилади є низькочастотними за своєю фізичною природою, проте, вони мають і ряд переваг перед електронними приладами.

Перспектива розвитку хемотроніки – це створення інформаційних систем і систем керування на рідинній основі, а в майбутньому – біоперетворювачів інформації. Для подальшого успішного розвитку хемотроніки потрібні фундаментальні дослідження не тільки фізики рідини, але також складних фізико-хімічних і електрохімічних процесів, що протікають в рідинах і на межі рідких фаз.

У наш час на основі електрохімічних явищ створений ряд хемотронних приладів: діоди-випрямлячі, інтегратори, підсилювачі, електрокінетичні перетворювачі, твердофазні електрохімічні перетворювачі і ін.

Кріоелектроніка. Кріоелектроніка (cryogens electronics) – напрям електроніки і мікроелектроніки охоплюючий дослідження взаємодії електромагнітного поля з електронами в твердих тілах при кріогенних температурах і створення електронних приладів на їх основі. До кріогенних температур відносять температури, при яких наступає глибоке охолоджування, тобто температури від 80 до 0К. В кріоелектронних приладах використовуються різні явища: надпровідність металів і сплавів, залежність діелектричної проникності деяких діелектриків від напруженості електричного поля, поява у металів при температурі нижче 80 К напівпровідникових властивостей при аномально високій рухливості носіїв заряду і ін. Принципи кріоелектроніки використовують для побудови ряду приладів (кріотрони, квантові і параметричні підсилювачі, резонатори, фільтри, лінії затримки і ін.). Найпоширенішим з цих приладів є кріотрон, що є перемикальним кріогенним елементом, заснованим на властивості надпровідників стрибком змінювати свою провідність під впливом критичного магнітного поля. Дія кріотрона аналогічно роботі ключа (key) або реле (relay). Кріотрон може знаходитися тільки в одному з двох станів: або в надпровідному, або з малою провідністю.

Час переходу кріотрона з одного стану в інший складає декілька часток мікросекунди, тобто цей прилад має високу швидкодію. Кріотрони мікромініатюрні: на 1 см площі може бути розміщено до декількох тисяч кріотронів. На основі кріотронів можна створити кріотронові ВІС, виконуючі логічні функції, функції запам'ятовування з неруйнуючим прочитуванням, керуванням і функції міжелементних з'єднань. Проте необхідність роботи в умовах глибокого охолоджування і пов'язані з цим технологічні труднощі різко обмежують використання кріотронів. Підсилювачі, принцип дії яких заснований на використовуванні кріоелектронних явищ, служать, головним чином, для приймання слабких сигналів НВЧ. Вони мають нікчемно малий рівень шумів, широку смугу пропускання (десятки гігагерц) і високе посилення (до 10000). Шумові температури кріоелектронних підсилювачів досягають одиниць і частки одиниці кельвіна.

Діелектрична електроніка. В мікроелектроніці широко використовуються тонкі плівки металів і діелектриків. При переході до тонких плівок виникають нові явища і закономірності, що не виявляються в масивних зразках і структурах. Для плівок типова можливість створювати керовані емісійні струми, аналогічні струмам у вакуумі. При контакті неметалевого твердого тіла з металом, що має меншу роботу виходу, приконтактна область збагачує вільними носіями заряду, емітованих з металу. В масивних зразках ці вузькі приконтактні області підвищеної провідності не впливають на струмовий режим, визначуваний концентрацією вільних носіїв заряду в об'ємі тіла (volume bodies). В тонких же плівках емітовані носії заряду можуть домінувати у всьому об'ємі, визначаючи закономірності струмових явищ. З точки зору теорії розсіювання носіїв заряду будь-яке неметаліеве тверде тіло в товстому шарі (sheet) – напівпровідник, а в тонкому шарі – діелектрик.

Ефекти, пов'язані з протіканням емісійних струмів в неметалевих твердих тілах, не охоплюються ні фізикою напівпровідників, ні фізикою діелектриків. Закономірності цих явищ, а також приладові і схемні розробки на їх основі складають зміст нового розділу фізики твердого тіла і електроніки – діелектричної електроніки.

Якщо між двома металевими електродами (electrode) помістити тонку (порядку 1 – 10 мкм) діелектричну плівку, то мігруючі з металу електрони заповнять всю товщину плівки і напруга (voltage), прикладена до такої системи, створять струм (current) в діелектриці.

Простими приладами діелектричної електроніки є діоди і транзистори, що мають характеристики, аналогічні характеристикам електровакуумних приладів.

Ці прилади вдало поєднують ряд властивостей напівпровідникових і електровакумних приладів. Вони мікромініатюрні, малоінерціонні, мають низький рівень шумів, малочутливі до змін температури і радіації.

Квантова мікроелектроніка. В квантовій електроніці вивчають методи посилення і генерації електромагнітних коливань, засновані на використовуванні ефекту вимушеного випромінювання, а також властивості квантових підсилювачів, генераторів (generator) і їх використання. Найбільший практичний інтерес становлять квантові генератори світла (лазери), які випромінюють світлові хвилі з дуже високою спрямованістю. Це властивість широко використовується в оптичних лініях зв'язку.

У квантовій мікроелектроніці все більше використання знаходять прилади, засновані на ефектах Гана і Джозефсона.

Ефект Гана ( effect Ghana) – це явище генерації високочастотних коливань електричного струму в напівпровіднику у разі подання до зразка постійної напруги, що перевищує деяке критичне значення. Частота коливань залежить від довжини зразка і лежить в діапазоні декількох гігагерц.

Ефект Джозефсона (effect Dzgozefsona) полягає в тому, що через тонку, порядку 2 нм, діелектричний прошарок між надпровідними шарами при низьких температурах навіть у відсутності різниці потенціалів може протікати тунельний струм, керований порівняльно слабкими зовнішніми сигналами. Значення параметрів приладів, заснованих на ефекті Джозефсона, дуже високі відносно всіх видів елементів, що запам'ятовують і логічних: швидкодія окремих приладів 20 – 30 пс, розсіювана потужність 100нВт, тобто показник якості приладу 10-18 Дж, що в 10⁶ разів кращий, ніж в інтегральних мікросхем.

Біоелектроніка. Біоелектроніка ( bioelectronics) – один з напрямів біоніки, вирішує задачі електроніки на основі аналізу структури і життєдіяльності живих організмів. Біоелектроніка охоплює проблеми вивчення нервової системи людини і тварин і моделювання нервових клітин (нейронів і нейронних сіток) для подальшого вдосконалення електронної обчислювальної техніки, техніки зв'язку, розроблення нових елементів і пристроїв автоматики і телемеханіки.

Дослідження нервової системи (nervous system) показали, що вона має ряд цінних особливостей і переваг перед найдосконалішими обчислювальними пристроями. Основними з них є:

а) досконале і гнучке сприйняття зовнішньої інформації незалежно від форми, в якій вона поступає;

б) висока надійність, значна перевищуюча надійність технічних систем (останні виходять з ладу при обриві в ланцюзі одного або декількох елементів; при загибелі ж мільйонів нервових клітин з мільярдів клітин, що становлять головний мозок, роботоздатність системи зберігається);

в) мікромініатюрність елементів (при кількості елементів 10–10 об'єм мозку людини складає 1,5 дм; сучасний пристрій на транзисторних структурах з таким же числом елементів зайняв би об'єм в декілька сотень кубічних метрів);

г) економічність роботи (споживання енергії мозком людини не перевищує декількох десятків ватів);

д) високий ступінь самоорганізації (self organization), швидке пристосування до нових ситуацій, до зміни програм діяльності.

Нервова система складається з клітин, що одержали назву нейронів. Нейрони, де б вони не знаходилися, мають однакову структуру і зразково однакові логічні характеристики. Вони є найбільш універсальним логічним елементом. На основі нейронів будуються прості і впорядковані нейронні сітки, вказуючі на той, поки що недосяжний в техніці факт, що за допомогою єдиного елементу можна побудувати систему, здатну виконувати складні завдання, які звичайно вирішує людина.

Для технічної реалізації ряду складних нейронних сіток в першому наближенні достатній нейроноподібний елемент, що має аналогічні властивості і за своїми функціональними можливостями наближається до біологічних рецепторних і деяких видів центральних нейронів. Основним заданням при створені такого нейроноподібного елементу є реалізація залежності амплітуди (amplitude) імпульсного вихідного сигналу від сумарного імпульсного «збудження» на вході. Дослідження показали, що модель нейрона може бути виконана у вигляді двох інтегральних мікросхем на МДН-транзисторах.

У наш час ведуться великі дослідження в різних напрямах біо-електроніки. Результати досліджень показують, що використовування явищ живої природи в електроніці може привести до нової науково-технічної революції в цій області техніки.

Негатроніка (negatron). Цей напрямок електроніки пов'язаний з теорією і практикою створення і застосування негатронів – електронних приладів, що мають у визначеному режимі негативне значення основного диференціального параметра (негативних ємності, індуктивності та опору). Зараз розроблені різні види негатронів. Тільки напівпровідникових негатронів створено більше двох десятків різновидів. Серед них найпотужніші надвисокочастотні (НВЧ) прилади – лавинопролітні діоди, надшвидкодіючі ключі на лавинних транзисторах, найпотужніші струмові напівпровідникові перемикачі на диністорах і тиристорах.

Освоєння НВЧ-діапазону дало поштовх до пошуку нових фізичних ефектів і напівпровідникових приладів, що мають негативний опір. Зусилля насамперед були спрямовані на створення напівпровідникових негатронів, що мають негативний опір на надвисоких частотах у надвисокочастотному діапазоні. Початком пошуку шляхів створення таких НВЧ-приладів було покладено статтю Шоклі, опубліковану в 1954 році. Автор викладає ідею двохелектродного приладу з негативним опором, що виникає завдяки ефекту часу прольоту. Як перший приклад він розглядає "діод із затримкою неосновних носіїв". У запропонованій ним p⁺-n-p чи (n⁺-p-n)-структурі, неосновні носії, що інжектуються із p⁺- n-переходу, дрейфують до іншого p-n-переходу, затримуючись при цьому на час, рівний часу прольоту. Інший прилад, запропонований Шоклі, являє собою p-n-p структуру, що використовується в режимі прокола, щоб забезпечити її уніполярність. Ці дві структури надзвичайно схожі на інжекційно-пролітні діоди (Injections polity diode), що з'явилися пізніше, (ІПД).

У тій же статті Шоклі обговорює можливість створення двохелектродного приладу, що являє собою просто однорідний напівпровідник, у якому під дією сильного електричного поля можуть спостерігатися відхилення від закону Ома, що приводять до виникнення негативного диференціального опору. Відхилення від закону Ома (law ohm) виражається в зниженні швидкості носіїв зі збільшенням напруженості поля, тобто в появі ділянки негативної диференціальної рухливості. Однак практичної реалізації ця ідея не одержала через низку теоретичних недоробок. І тільки в 1963р. Ганом були отримані перші експериментальні дані про існування пролітних коливань, пов'язаних з цією властивістю у GaAs і ІnР. А прилади, що використовують цей ефект, одержали найменування "діоди Гана" чи "прилади на ефекті об'ємного негативного опору ".

Цікавий двохелектродний прилад з негативним опором, діючий на новому принципі – тунельний діод, був відкритий у 1957 р. японським фізиком Есакі. На прямій ділянці ВАХ дуже вузького германієвого p-n-переходу (тобто переходу, створеного на сильнолегованому матеріалі) була виявлена ділянка негативного опору скінченної величини. Така характеристика виходить в результаті польової емісії (тунелювання) електронів через вузький збіднений шар. Варто помітити, що тунельний діод не виправдав надій, оскільки від нього не вдалося одержати великої вихідної потужності.

У 1958 р. Рід запропонував використовувати для генерації НВЧ потужності діод з багатоскладовою n⁺-p-p^- - структурою. У цьому приладі використовується поєднання ефектів лавинного множення, заснованого на ударній іонізації, і часу прольоту електронів. Тому прилад був названий ІMPATT-діод (Іmpact Avalanche and Transіt Tіme). Однак запропонована ним спеціальна конструкція діода виявилася занадто складною, її вдалося втілити в життя тільки в 1964р.

В СРСР ці прилади одержали назву "лавинопролітні діоди (ЛПД)" і були відкриті А.С. Тагером і його співробітниками в 1959 р. За кордоном перше повідомлення про практичну реалізацію ЛПД було опубліковано в 1965 році.

Подальшим розвитком ЛПД є ТРАПАТТ-діод (Тrаpped Plasma Avalanche-and-Transіt Tіme, що означає "лавинопролітний діод із захопленням плазми"). Для реалізації ТРАПАТТ-режима, відкритого в 1966р. необхідна дуже складна взаємодія між приладом і НВЧ-схемою. Наприклад ТРАПАТТ – підсилювач вимагає настроювання за гармоніками і субгармоніками, а також використання ЛПД-режиму для запуску. Незважаючи на складність самого приладу і відповідної схеми, ТРАПАТТ-діоди відіграють провідну роль у фазованих антенних ґратках (ФАГ), оскільки забезпечують можливість одержання високої імпульсної потужності на НВЧ (більше 100 Вт), більшого коефіцієнта заповнення (1 - 20%), високого ККД (більше 25%) і ширини смуги пропускання в підсилювачах не менше 15%. Однак цим приладам властиві і деякі недоліки:

- процесу ударної іонізації властиві значні шуми, тому підсилювачі і генератори на їхній основі будуть також мати великі шуми;

- процес ударної іонізації вимагає більшої потужності для одержання значних електричних полів.

В 1971 р. вперше була отримана генерація у НВЧ-діапазоні за допомогою інжекційно-пролітних діодів (ІПД), теоретичні основи роботи якого були обґрунтовані ще в 1954 році Шоклі. У ряді публікацій ці діоди одержали назву "БАРИТТ-діоди" (Barrіer Іnjectіon Transіt Tіme Dіodes). Маючи, як і ЛПД, динамічний негативний опір у діапазоні НВЧ, у них не використовується режим лавинного множення носіїв і, отже, відсутні недоліки, властиві ЛПД.

Всі вищерозглянуті діоди з негативним опором призначені для роботи в діапазоні НВЧ і здатні працювати при відносно невеликих значеннях потужності сигналу і робочих струмах.

Загальним істотним недоліком усіх вищерозглянутих напівпро-відникових негатронів є залежність їхнього негативного опору від фізичних властивостей напівпровідникових кристалів і фізичних процесів у них. А прагнення реалізувати 100% внутрішній позитивний зворотний зв'язок всередині кристала накладає тверді вимоги до технології виготовлення таких негатронів, створює труднощі у виробництві ідентичних приладів і подальшому їхньому застосуванні. Ці недоліки при створенні транзисторних негатронів були частково усунені шляхом реалізації комбінованого 100% позитивного зворотного зв'язку: частково внутрішнього, за рахунок тимчасової затримки неосновних носіїв у базі транзистора; частково, за рахунок введення ланцюга зовнішнього зворотного зв'язку. Початком цього напрямку, очевидно, варто вважати 1956 р., коли Ямагучі (J. Jamaguchі) досліджував негатрон на транзисторі з загальним колектором і індуктивним ланцюгом зворотного зв'язку між базою і колектором. В подальшому були досліджені різні модифікації такого негатрона, що одержав назву "індуктивний транзистор", тому що він виявився перспективним як напівпровідниковий аналог індуктивності. Слід зазначити успішне застосування цього негатрона в різних аналогових НВЧ-пристроях (активних фільтрах (active filter), генераторах, перетворювачах частоти (frequency converter), мультиплексорах, активних антенах та ін.).

Іншим напрямком негатроніки, спрямованим на подолання недоліків однокристальних напівпровідникових негатронів, є створення аналогів негатронів на базі різних схемотехнічних комбінацій активних приладів. Їх можна поділити на три групи. У першій групі об’єднуються транзисторні аналоги, що складаються з транзисторів однієї структури. Другу групу складають аналоги, виконані на транзисторах різної структури, але не складовий еквівалент p-n-p-n-структури. Третя група складається з транзисторних еквівалентів p-n-p-n-структури. Використання в таких схемах перехресних зв'язків обмежує їхнє застосування частотами до 1 Ггц.

Зокрема, з бурхливим розвитком твердотільної НВЧ-електроніки особливо гостро постало завдання мініатюризації частотовибіркових кіл. Розв’язання завдання шляхом використання об'ємних резонаторів, відрізків лінії передачі, сегнетоелектричних і феритових резонаторів неможливе, тому що їхня добротність зменшується зі зменшенням розмірів. Коливальні контури на базі негатронів таких недоліків не мають, що дозволяє розв’язувати задачу з реалізації в одному кристалі декількох десятків високодобротних коливальних контурів (фільтрів, LC-генераторів і т.д). Крім R-негатронів ведуться дослідження зі створення і застосування C- і L-негатронів. Це прилади або їхні схемотехнічні аналоги, що мають за певних умов негативну диференціальну ємність або ндуктивність , відповідно. Практичне застосування таких негатронів у наш час не одержало широкого поширення і вимагає подальших досліджень і пошуку напрямків їхнього ефективного використання.