CN101115990B

CN101115990B - 半导体器件

Info

Publication number: CN101115990B
Application number: CN2006800042099A
Authority: CN
Inventors: 野田由美子; 渡边康子; 荒井康行
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: CN101943667B; CN101115990A; JP2006250928A; WO2006085600A1; US20080138889A1; CN101943667A

Abstract

通过具有用于将电磁波转换成电信号的天线、用于检测化学反应的检测部分、和用于控制天线和检测部分的控制部分，提供了便利性增强的半导体器件。检测部分包括至少检测元件，控制部分包括至少晶体管。检测元件包括用于固定化核酸、蛋白质、酶、抗原、抗体和微生物中至少任一的反应层。或者，半导体器件包括天线、检测部分、控制部分和存储部分。存储部分包括至少存储元件，存储元件包括第一导电层、第二导电层、和位于第一导电层和第二导电层之间的层。

Description

半导体器件

技术领域

本发明涉及不用接触就可以发送和/或接收数据的半导体器件。

背景技术

近年来，有关不用接触就可以发送和/或接收数据的半导体器件的研究得到了发展，在一些市场上，已经开始引入半导体器件。所述半导体器件称为RFID(射频标识)、ID标签、ID芯片、IC标签、IC芯片、RF标签(射频)、RF芯片、无线标签、无线芯片、电子标签、和电子芯片。

半导体器件包括多个元件(包括晶体管等)和天线，数据通过电磁波发送到外部器件(读出器/写入器)和从所述外部器件接收。最近，已经试图通过为各种产品提供半导体器件来监测或者控制产品。例如，通过附着半导体器件到产品上，提出了一种管理系统(参见专利文献1)，所述管理系统不仅可以很容易地执行库存管理，比如控制库存数或者库存状态，而且可以执行自动产品管理。

另外，提出了用于安全器件和安全系统的半导体器件，以增强预防犯罪效果(参见专利文献2)。

另外，提出了通过在纸币或者证卷等上安装IC芯片来防止非授权使用比如开发的方法(参见专利文献3)。以此方式，提出半导体器件可以用于各种领域。

[专利文献1]日本专利公开No.2004-359363

[专利文献2]日本专利公开No.2003-303379

[专利文献3]日本专利公开No.2001-260580

发明内容

本发明的目的在于提供如下半导体器件：它通过利用不用接触就可以发送和接收数据的优点提高了其便利性。

本发明的半导体器件包括进行运算处理的运算处理电路、检测化学反应的检测部分、和天线。运算处理电路具有多个晶体管，检测部分具有多个检测元件，天线具有导电层。

所述多个检测元件的每一个都具有用于固定化核酸、蛋白质、酶、抗原、抗体和微生物中至少任何一种的反应层。具体而言，检测元件具有第一层和第二层。第一层是导电层，第二层是反应层。或者，检测元件具有第一层、第二层和第三层。第一层和第三层是导电层，第二层是反应层。

本发明可以提供便利性增强的半导体器件，其能够通过检测元件检测化学反应，并通过天线向外部器件发送数据。

另外，本发明的半导体器件除了上述部件元件之外，还具有用于存储数据的存储部分。存储部分具有多个存储元件，每个存储元件具有含有有机化合物的层。具体而言，所述多个存储元件的每一个都包括第一层、第二层和第三层。第一层和第三层是导电层，而第二层是含有有机化合物的层。

如上所述，由于本发明的结构简单，所以制备工艺不复杂，并因而可以降低制备成本。另外，当采用所述简单结构时，一个存储元件占据的面积可以降低。因此，所述存储部分可以实现大容量。而且，还有如下优点：存储部分是非挥发性的，可以向其多次写入数据。

另外，本发明半导体器件中包括的运算处理电路、检测部分和天线是提供在相同衬底上。另外，本发明半导体器件中包括的运算部分、检测部分、天线和存储部分是提供在相同衬底上。相应地，无需安装部件，可以提供尺寸、厚度、重量和成本都下降的半导体器件。

在本发明的半导体器件中，在其上提供电路等的衬底是玻璃衬底。和单一晶体衬底相比，玻璃衬底便宜，可以具有长边。因此，可以进行规模生产，可以提供成本下降的半导体器件。

本发明的半导体器件包括将电磁波转变成电信号的天线、检测化学反应的检测部分、和控制天线和检测部分的控制部分。检测部分包括至少检测元件，控制部分包括至少晶体管。另外，本发明的半导体器件包括天线、检测部分、控制部分、和存储数据的存储部分。控制部分控制天线、检测部分和存储部分。存储部分包括至少存储元件，存储元件具有第一导电层、第二导电层、和位于第一导电层和第二导电层之间的层。第一导电层和第二导电层之间的层含有有机化合物和无机化合物中的至少之一。

在半导体器件中，控制部分包括运算处理电路、电源电路、解调电路、调制电路、控制检测元件的控制电路、和控制存储元件的控制电路等。电源电路通过采用从天线供应的AC(交流)电信号生成电源电势，并将生成的电源电势输出到其它电路。解调电路将从天线供应的AC电信号解调。调制电路将天线中生成的信号调制。控制检测元件的控制电路(也称作第一控制电路和检测控制电路)和控制检测元件读取信号的电路相对应。另外，控制存储元件的控制电路(也称作第二控制电路和存储控制电路)和存储部分中包括的列驱动器和行驱动器相对应。

本发明由于包括检测部分，所以可以检测对象的化学反应。另外，由于本发明包括天线，所以检测部分的检测结果可以通过天线发送给外部器件，例如，读出器/写入器。结果，可以提供便利性增强的半导体器件。

由于本发明具有结构简单的存储部分，所以制备工艺不复杂。因此，成本下降。而且，一个存储部分占据的面积可以实现最小化，所以存储部分可以实现大容量。而且，还有如下优点：存储部分是非挥发性的，可以向其多次写入数据。

附图说明

在附图中：

图1示出了本发明的半导体器件；

图2A和2B示出了本发明的半导体器件；

图3示出了本发明的半导体器件；

图4示出了本发明的半导体器件；

图5示出了本发明的半导体器件；

图6示出了采用本发明半导体器件的系统；

图7示出了本发明的半导体器件；和

图8示出了本发明的半导体器件。

具体实施方式

下面将结合附图描述本发明的实施方式。请注意：本发明不限于下面的描述，本领域技术人员很容易理解，在此公开的实施方式和细节可以以各种方式改变，而不偏离本发明的目的和范围。所以，本发明不应理解成限制到下面给出的对实施方式的描述。在本发明的下述结构中，表示相同部分的附图标记可以在不同附图中共同使用。

参见图1描述本发明的半导体器件的结构。半导体器件100包括运算处理电路101、检测部分102、存储部分103、天线104、电源电路109、解调电路110和调制电路111。另外，半导体器件100具有电池113，具体取决于其用途。检测部分102具有检测元件105和检测控制电路106。存储部分103具有存储单元107和存储控制电路108。半导体器件100通过天线104向外部器件发送数据和从外部器件接收数据。外部器件是指例如读出器/写入器112。

运算处理电路101基于从读出器/写入器112输入的信号操作。运算处理电路101的操作对应于例如放大由检测部分102检测的数据、转换数据、将数据写入存储部分103、从存储部分103读取数据、将必须的数据输出到读出器/写入器112、等等。

检测部分102包括通过化学功能检测对象的气体组分或者液体组分的功能。检测部分102包括用于检测对象的化学反应的检测元件105和用于控制检测元件105的操作的控制电路106。

由于目的是检测对象中目标组分的化学反应，所以检测元件105仅仅对共同存在的组分中的目标组分具有高的灵敏度。而且，检测部分105具有选择性高的反应层，其不受共同存在的组分的影响。反应层通过固定化核酸、蛋白质、酶、抗原、抗体或者微生物来形成。

检测元件105中包括的反应层的结构随着其对象的变化而变。具体而言，当通过杂化检测出存在互补性比对(complementary alignment)时，检测元件105包括用于固定化核酸的反应层。对互补性比对的检测揭示了人类基因，并便于研发和疾病有关的基因。而且，能够实现定制型医疗治疗，由此根据个体的身体状况选择医疗制品和治疗。

当检测相互作用的蛋白质时，检测元件105包括用于固定化蛋白质的反应层。

当检测其中酶以特定方式作用的组分时，检测元件105包括用于固定化酶的反应层。在这种情况下，采用了在生物体内实现分子识别的酶促反应。所述酶是例如葡萄糖氧化酶、醇氧化酶、丙酮酸盐氧化酶、尿酸酶、或者脲酶等等。

当利用抗原抗体反应的特异性性质时，检测元件105包括用于固定化抗原或者抗体的反应层。在这种情况下，使用在免疫中的抗原抗体反应。

当检测其中微生物中包含的酶以特异性方式作用的组分时，检测元件105包括用于固定化微生物的反应层。所述微生物是例如硝化细菌、或者未鉴定的细菌等。

检测部分102具有至少一个，优选多个检测元件105。当检测部分102具有多个检测元件105时，优选改变所述多个检测元件105每一个中包括的反应层的组成。通过改变在所述多个检测元件的每一个中的反应层的组成，可以整体同时检测相互作用或者特异性作用。所以，可以对对象的化学反应进行高生产能力地检测。

在反应层中产生的相互作用或者特异性作用作为电信号输出。换而言之，检测元件105检测的数据作为电信号向外输出。更具体而言，检测元件105检测的电信号输出到检测控制电路106或者运算处理电路101，然后在检测控制电路106或者运算处理电路101中经过放大和转换，以向外输出。

存储部分103具有存储数据的功能，包括存储元件107和存储控制电路108，后者控制将数据写入存储元件107以及从存储元件107读取数据。存储部分103存储数据比如半导体器件的标识号和检测部分102的检测结果。半导体器件的标识号用于当检测部分102的检测结果被向外发送时和其它半导体器件区分开。

对于存储部分103而言，采用了有机存储、DRAM(动态随机访问存储)、SRAM(静态随机访问存储)、FeRAM(铁电随机访问存储)、掩模ROM(只读存储)、PROM(可编程只读存储)、EPROM(电可编程只读存储)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储)和闪存中的一个或者多个。有机存储包括堆栈，其中含有有机化合物的层置于一对导电层之间。由于所述堆栈结构简单，所以制备工艺可以简化。因此，成本可以下降。另外，由于结构简单，所以堆栈面积可以很容易小型化，所以可以实现大容量。而且，还有如下优点：存储部分是非挥发性的，可以多次向其写入数据。

下面，描述与半导体器件100和读出器/写入器112之间的数据发送和接收相关的操作。首先，将以电磁波形式从读出器/写入器112发送到半导体器件100的信号在天线104中转变成AC电信号。电源电路109通过采用AC电信号产生电源电压，并将电源电源供给每个电路。解调电路110解调AC电信号，并将其供给运算处理电路101。运算处理电路101根据输入的信号进行各种运算处理，并将信号输出到检测部分102、和存储部分103等。检测部分102检测的数据从运算处理电路101发送到调制电路111，天线104中生成的信号通过调制电路111根据所述数据进行调制。读出器/写入器112可以通过以电磁波形式接收天线104的调制的信号来读取所述数据。

在上述结构中，通过采用电磁波将电源电压供给每个电路；但是，可以采用电池113来进行。另外，通过使用电池113，电源电压可以通过电磁波和电池113两者供给每个电路。在没有为半导体器件100提供电池的情况下，无需更换电池。因此，可以实现成本、厚度、重量和尺寸的下降。

下面，参见图2A描述本发明的半导体器件100的剖面结构，包括运算处理电路101、检测部分102、存储部分103和天线104。检测部分102包括检测元件105和检测控制电路106，存储部分103包括存储元件107和存储控制电路108。

本发明的半导体器件包括构成运算处理电路101的元件201、检测元件105、构成检测控制电路106的元件202、存储元件107、构成存储控制电路108的元件203、和充当天线104的导电层204。

检测元件105包括导电层205、和用于固定化核酸、蛋白质、酶、抗原、抗体和微生物中至少任何之一的反应层206。如果化学反应在反应层206中发生，那么导电层205的电压水平发生变化。通过读取所述电压水平变化，可以检测出对象的化学反应。优选采用液滴排放法，比如喷墨法，来形成反应层206。

应该注意到，如果化学反应在检测元件105中发生，那么可能伴随有发光现象。在这种情况下，优选提供接收光的元件，比如光电二极管。通过用接收光的元件检测检测元件105的发光，可以检测化学反应。

元件201-203包括晶体管、电容器、和电阻元件等。在所示的结构中，示出了多个晶体管作为元件201-203。晶体管可以是通过在半导体衬底上提供沟道层而获得的薄膜晶体管(TFT)或者场效应晶体管(FET)。

存储元件107对应于导电层208、含有有机化合物的层209、和导电层210的堆栈。这种结构示出了无源矩阵形式的存储部分103，其中在一个存储单元中提供一个存储元件107。

导电层208和210包括在存储元件107中，每个都对应于由选自下述的一种或多种元素形成的单层或者叠层结构：金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、或者钽(Ta)等，或者含有所述元素的合金。就金属合金而言，存在着含有Al和Ti的金属合金。另外，可以采用透光导电氧化物材料比如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、或者掺杂镓的氧化锌(GZO)等等。

另外，在存储元件107中包括的含有有机化合物的层209对应于低分子量化合物的单层或者叠层结构，所述低分子量化合物比如4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写：α-NPD)和4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写：TPD)；或者和大分子量化合物的单层或者叠层结构对应，所述大分子量化合物比如聚(对-亚苯基亚乙烯基)(缩写：PPV)、[甲氧基-5-(2-乙基)己基噁烷]-对亚苯基亚乙烯基(缩写：MEH-PPV)、聚(9，9-二烷基芴)(缩写：PAF)、聚(9-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚芘和聚咔唑。除了由低分子量化合物或者高分子量化合物形成的层以外，在叠层中也可以提供通过将无机化合物和低分子量化合物或者高分子量化合物混合形成的层。

充当天线的导电层204和晶体管的栅电极提供在相同层中。但是，导电层204可以提供在与构成晶体管的源线和漏线和存储元件107的一对导电层、和构成检测元件105的导电层相同的层中。以此方式，通过在与其它元件的导电层相同的层中提供充当天线的导电层，不要求独立提供用于形成充当天线的导电层的工艺。因此，形成充当天线的导电层的方法和形成其它元件导电层的方法可以同时进行。所以，制备工艺可以简化，可以实现生产成本的下降以及产量的提高。

当充当天线的导电层和其它元件的导电层分开提供时，通过使用印刷方法比如丝网印刷、和液滴排放法，可以实现制备工艺的简化以及材料利用效率的提高。该结构示出了充当天线的导电层204和其它元件的导电层提供在同一层中的情况；但是，可以采用这种结构：其中，充当天线的导电层分开制备，导电层在随后的工艺中附着。

当检测对象的化学反应时，将该对象和检测元件105的反应层接触。应该注意的是：当对象和反应层接触时，可以影响到下面层中的元件201-203或者其它，具体取决于对象的组成。所以，为了防止所述影响，优选形成具有优异阻挡性质的绝缘层，作为检测元件105和元件201-203之间的绝缘层(例如，绝缘层216)或者作用覆盖元件201-203的绝缘层。具有优异阻挡性质的绝缘层是例如包含氮化物的绝缘层、包含氧化物的绝缘层、包含氧氮化物的绝缘层、和包含碳化物的绝缘层。具体而言，这意味着由氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、金刚石类碳(DLC)、或者碳氮化物等形成的绝缘层。

下面，将参见图2B描述本发明的半导体器件的剖面结构，其不同于上述结构。本发明的半导体器件包括检测元件105、存储元件107、元件201-203、和导电层204。该结构显示出了有源矩阵类型的存储部分103，其中在一个存储单元中提供了一个开关晶体管和存储元件107。

检测元件105包括导电层211、用于固定化核酸、蛋白质、酶、抗原、抗体和微生物中至少任何之一的反应层212、和导电层213。当化学反应在反应层212中进行时，在导电层211和导电层213之间的阻值变化。通过用电压值或者电流值读取阻值的变化，可以检测对象的化学反应。

在上述结构中，运算处理电路101、检测部分102、存储部分103和天线104都提供在衬底215上。衬底215对应于如下衬底：比如玻璃衬底、石英衬底、其上形成有绝缘层的金属衬底、其上形成有绝缘层的不锈钢衬底、由有机树脂形成的衬底(例如，塑料衬底)、由聚丙烯、聚酯、乙烯基、聚氯乙烯、或者氯乙烯等形成的膜、由纤维材料形成的纸、由聚酯、聚酰胺、无机蒸镀膜、或者纸张等形成的基础材料膜、和粘合性合成树脂膜(例如，丙烯酸合成树脂、环氧合成树脂)或者等等的叠层膜。

在上述结构(参见图2A、图2B)中，运算处理电路101、检测部分102、存储部分103和天线104都提供在衬底215上；但是，本发明不限于这种结构。构成运算处理电路101等的多个元件可以从衬底215上剥离。通过从衬底215上剥离所述多个元件，可以实现尺寸、厚度和重量的降低。

就衬底215而言，有时可以采用具有低热阻的衬底，比如由有机树脂形成的衬底。在这种情况下，在元件在具有高热阻的玻璃衬底上形成之后，元件可以从衬底上剥离，随后可以将剥离的元件附着到具有低热阻的衬底上。

下面，参见图3描述本发明半导体器件的顶视图结构。本发明的半导体器件100包括设置有多个元件的薄膜集成电路240，所述元件构成了多个电路，比如检测部分102、充当天线104的导电层241。充当天线104的导电层241电连接到薄膜集成电路240上。检测部分102处于暴露状态，当检测到对象的化学反应时，将对象和反应层242接触。例如，通过采用液滴排放法将对象滴落在反应层上，使对象和反应层242接触。或者，通过将半导体器件置于包含对象的溶液中，使对象和反应层242接触。

在上述结构中，示出的是充当天线104的导电层241以盘绕形状提供并且采用的是电磁感应方法的实例；但是，本发明的半导体器件不限于此。可以采用微波方法。在采用微波方法的情况下，充当天线104的半导体层241的形状通过电磁波波长来正确确定。

[实施方案1]

参见附图4描述在本发明的半导体器件100和读出器/写入器112之间的数据发送和接收操作。

读出器/写入器112将控制信号发送给半导体器件100(步骤1)，所述控制信号比如用于读取数据的信号、用于激活检测部分的信号、和用于写入数据的信号。半导体器件100接收读出器/写入器发送的控制信号(步骤2)，运算处理电路101对控制信号进行辨别(步骤3)。基于运算处理电路101辨别的控制信号，在这三个操作中确定应该进行的操作。所述三个操作对应于：从存储部分103读取数据的操作(步骤4)、用检测部分102检测对象化学反应的操作(步骤5)、和向存储部分103写入数据的操作(步骤6)。

在从存储部分103读取数据的操作(步骤4)中，存储控制电路108首先被激活，读取存储在存储元件107中的数据(步骤4A)。接下来，将从存储元件107读取的数据发送给读出器/写入器112(步骤4B)。读出器/写入器112接收由半导体器件100供给的数据(步骤4C)。

在通过采用检测部分102检测对象的化学反应的操作中，检测部分102首先被激活(步骤5A)。接下来，通过检测元件105检测对象的化学反应(步骤5B)，检测元件105将检测的化学反应的数据以电信号形式输出到检测控制电路106。在检测控制电路106或者运算处理电路101中，执行电信号的转换和放大(步骤5C)。随后，将已经转换和放大的数据写入到存储部分103中(步骤5D)。或者，已经被转换和放大的数据被发送给读出器/写入器112(步骤5E)。读出器/写入器112接收从半导体器件100供给的数据(步骤5F)。

在向存储部分103写入数据的操作中(步骤6)，首先激活存储控制电路108，将从读出器/写入器112发送的数据写入到存储元件107中(步骤6A)。

[实施方案2]

参考图5描述本发明的半导体器件和发送接收数据的读出器/写入器112的结构。读出器/写入器112包括天线301、振荡器302、解调电路303、调制电路304、运算处理电路305、外部接口电路306、存储部分307、加密/解密电路308、和电源电路309。加密/解密电路308通过加密或者解密来发送和接收控制信号。

首先，描述其中信号从读出器/写入器112发送给半导体器件100的情况。运算处理电路305将控制信号输出给调制电路304。在调制电路304中，供给的控制信号被调制成AC电信号。然后，将调制的AC电信号通过天线301发送给半导体器件100。

接下来，描述其中读出器/写入器112接收从半导体器件100发送的信号的情况。通过天线301接收的AC电信号通过解调电路303解调。然后，解调后的电信号被输出给运算处理电路305和外部接口电路306。在数据处理装置比如连接到外部接口电路306的计算机中，存储由电信号显示的数据，其数据通过计算机显示屏显示。在连接到运算处理电路305的存储部分307中，数据被存储。

[实施方案3]

参考图6描述家用医疗护理的监测系统，其通过采用本发明的半导体器件和网络提高了便利性。

本发明的半导体器件100可以由个体551携带，或者保持在个体551附近的位置。个体551和植物或者动物(包括人)相对应。在其中个体551随身携带半导体器件100的情况下，半导体器件100可以由个体551携带、附着到个体551上，或者嵌入在个体551内。

当需要时，通过半导体器件100检测对象的化学反应。如果个体551是动物，那么在此对象是指汗液、泪液、或者血液等等。半导体器件100检测的数据通过读出器/写入器553读取，并从读出器/写入器553发送到数据处理装置554。数据处理装置554将从读出器/写入器553发送的数据显示在显示部分555上，按照需要进行数据处理和分析。然后，将其结果显示在显示部分555上。

而且，数据处理装置554通过网络将从读出器/写入器553发送的数据从家550发送到医疗机构560。在医疗机构560中，从家550发送的数据由数据处理装置561接收，通过控制接收的数据来检测个体551的状态。接着，医生基于所述从家发送的数据来诊断个体551。

通过如上所述定期检测对象的化学反应，个体551无需出家门就可以由医疗机构560监测。而且，当确认个体551有问题时，医疗机构560可以快速做出响应。另外，当个体551缺乏某些营养物质时，数据可以显示在显示部分555上以警告个体551，并在显示部分555上显示应该摄取的营养物质。

当个体551携带着半导体器件100出门时，可以通过将读出器/写入器安装在信息终端比如移动电话上，在户外检测对象的化学反应。当确认个体551具有问题时，可以通过在控制个体551的数据的医疗机构560和个体551附近的医疗机构570之间交换数据，来以最佳方式快速解决这个问题。

如上所述，通过使用本发明的半导体器件100和网络，个体551的身体状况不仅仅为个体551所知，而且为医疗机构560所知。因此，可以预先防止疾病，医疗机构可以以最佳方式快速对这种状况做出响应，即使是出现了未曾预料的疾病和事故也是如此。

[实施方案4]

参见图7和8描述本发明半导体器件中包括的存储部分的结构。

存储部分包括多个位线B1-Bm(m是自然数)、多个字线W1-Wn(n是自然数)以及包括多个存储单元401的存储单元阵列402。而且，示出了用于控制所述多个位线B1-Bm的解码器403、用于控制所述多个字线W1-Wn的解码器404、选择器405和读出/写入电路406。

存储单元阵列402可以具有有源矩阵型或者无源矩阵型结构。当存储单元阵列402是有源矩阵型时，存储单元401包括晶体管415和存储元件407(参见图7)。晶体管415的栅极电连接到位线Ba(1≤a≤m)上，晶体管415的源极或者漏极电连接到字线Wb(1≤b≤n)上，而晶体管415的源极或者漏极中的另一个电连接到存储元件407的电极对之一上。

当存储单元阵列402是无源矩阵类型时，存储单元401包括在位线Ba和字线Wb的交叉处提供的存储元件407(参见图8)。

接下来，描述将数据写入存储部分的操作。

首先，描述通过电动作将数据写入存储部分的情况。首先，通过解码器403、解码器404和选择器405选择存储单元401。接下来，读出/写入电路406将数据写入所选的存储单元401中。具体而言，当读出/写入电路406将预定电压施加到所选存储单元401的存储元件中时，写入数据。当施加预定电压时，存储元件的阻值变化。就存储元件的阻值改变而言，存在两种情况：一种情况是阻值增加，一种情况是阻值下降。两种现象都可以用于写入数据。阻值增加的现象采用的是通过向存储元件施加预定电压使得电极对之间的含有机化合物的层阻值增加的现象。阻值下降的现象采用的是通过向存储元件施加预定电压使得电极对之间的间距缩短的现象。以此方式，通过使用存储元件的阻值由于电动作而变化的现象，将数据写入到存储部分。例如，如果处于初始阶段的存储元件被当作数据0，那么对将写入数据1的存储元件施加电动作。

接下来，描述通过光动作写入数据的情况。在这种情况中，通过光照射装置，例如，激光照射装置，将光从透光导电层侧发射到含有有机化合物的层。然后，将数据写入被照射的存储元件中。存储元件的阻值由于光照射而变化。就存储元件的阻值改变而言，存在两种情况：一种情况是阻值增加，一种情况是阻值下降。两种现象都可以用于写入数据。以此方式，通过使用存储元件的阻值由于光动作而变化的现象，将数据写入到存储部分。例如，如果处于初始阶段的存储元件被当作数据0，那么对将写入数据1的存储元件施加光动作。

接下来，描述从存储部分读取数据的操作。

通过电动作读取数据，和写入数据的方法无关。通过用解码器403和404、选择器405以及读出/写入电路识别存储元件的不同阻值，可以读取数据。

可以在存储元件的一对导电层之一和含有有机化合物的层之间，提供具有整流性质的元件。具有整流性质的元件是例如具有相互连接的栅极和漏极的晶体管、或者二极管等。由于可以通过提供具有整流性质的元件来限定电流流向，所以可以改善数据读取的精度。

接下来，描述用于在存储元件中包括的含有有机化合物的层的材料。

在其中通过电动作将数据写入存储元件的情况中，含有有机化合物的层优选由低分子量材料、高分子量材料、单态材料、或者三重态材料等形成。而且，和由仅仅含有有机化合物的材料相比，更优选由含有有机化合物和无机化合物的材料形成含有有机化合物的层。对于含有有机化合物的层而言，采用空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、发光层、电子传输层、和电子注入层等，而且所述含有有机化合物的层可以是单层或者多层。含有有机化合物的层优选通过喷墨法为代表的液体排放法形成。采用液滴排放法可以实现材料利用率的改善，以及通过简化的制备工艺来实现制备时间和成本的下降。

在通过光作用将数据写入存储部分的情况中，含有有机化合物的层优选由由于光作用而改变性质的材料形成。例如，优选采用共轭聚合物，其是通过加入化合物形成的，所述化合物通过吸收光而生成酸(光-酸生成剂)。就所述共轭聚合物而言，可以使用聚乙炔、聚亚苯基亚乙烯基、聚噻吩、聚苯胺、或者聚亚苯基-亚乙炔基等。就所述光-酸生成剂而言，可以采用芳基锍盐、芳基碘鎓盐、邻-硝基苄基甲苯磺酸盐、芳基磺酸、对硝基苄基酯、磺酰基苯乙酮、或者Fe-丙二烯络合PF6盐等。

Claims

1.半导体器件，包括：

用于将电磁波转换成电信号的天线；

包括运算处理电路和检测控制电路的控制部分；

在运算处理电路和检测控制电路上的绝缘层；和

包括检测元件和检测控制电路的检测部分，所述检测元件形成在绝缘层上，用于检测对象的化学反应；

其中所述运算处理电路和检测控制电路的每一个包括至少晶体管；和

其中所述检测元件包括用于固定化核酸、蛋白质、酶、抗原、抗体和微生物中至少任一的反应层。

2.权利要求1的半导体器件，其中所述天线、检测部分和控制部分提供在相同衬底上。

3.权利要求1的半导体器件，其中所述天线、检测部分和控制部分提供在相同玻璃衬底上。

4.半导体器件，包括：

用于将电磁波转换成电信号的天线；

包括运算处理电路、检测控制电路和存储控制电路的控制部分；

在运算处理电路、检测控制电路和存储控制电路上的绝缘层；

包括检测元件和检测控制电路的检测部分，所述检测元件形成在绝缘层上，用于检测对象的化学反应；和

包括存储元件和存储控制电路的存储部分；

其中所述运算处理电路、检测控制电路和存储控制电路的每一个包括至少晶体管；

其中所述检测元件包括用于固定化核酸、蛋白质、酶、抗原、抗体和微生物中至少任一的反应层；和

其中所述存储元件包括第一导电层、第二导电层和位于第一导电层和第二导电层之间的有机化合物层。

5.权利要求1或4的半导体器件，其中所述检测元件还包括和所述反应层接触的导电层。

6.权利要求1或4的半导体器件，其中所述检测元件还包括第一导电层和第二导电层，其中所述反应层与第一导电层和第二导电层接触。

7.权利要求4的半导体器件，其中所述天线、检测部分、控制部分和存储部分提供在相同衬底上。

8.权利要求4的半导体器件，其中所述天线、检测部分、控制部分和存储部分提供在相同玻璃衬底上。

9.权利要求1或4的半导体器件，其中所述控制部分还包括电源电路、解调电路和调制电路。

10.权利要求1或4的半导体器件，其中所述绝缘层包括氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、金刚石类碳(DLC)和碳氮化物中的任一种。