CN101395617A - 半导体器件及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包括RFID的半导体器件,它可以发送并接收个体信息而无需在用于驱动的电池随时间衰减的情况下查看电池的剩余电量或更换电池,它还可以在来自外部的无线电波或电磁波的电能不够时维持很好的个体信息发送和接收状态。电池(也称为二次电池)被用作向RFID供能的电源。然后,当从外部接收到的信号的电能大于预定的电能时,其多余的电能就被存储到电池中;当从外部接收到的信号的电能小于预定的电能时,从电池获得的电能被用于驱动的电能。

Description

半导体器件及其操作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件。特别是,本发明涉及一种通过无线电波发送和接收数据并且接收电能的半导体器件。另外,本发明涉及操作该器件的方法。
此外,本发明涉及一种通信系统,它使用:利用无线电波的半导体器件;用于向半导体器件发送数据/接收来自半导体器件的数据的天线和读取器/写入器;以及用于向半导体器件提供电能的电池。
背景技术
近年来,利用无线电通信(比如无线电波或电磁波)的个体识别技术已经吸引了很多人的注意。特别是,作为一种通过无线电通信来传输数据的半导体器件,利用RFID(射频身份识别)标签的个体识别技术已经引起了人们的注意。RFID标签(下文中简称为RFID)也被称为IC(集成电路)标签、IC芯片、RF标签、无线标签、或电子标签。利用RFID的个体识别技术已经用于个体对象的生产、管理等,并且已经预期会有个人验证的应用。
RFID被分成两类,这取决于是嵌入了电池还是从外部提供电能,其中一种是包括电池的有源型RFID,另一种利用外部的无线电波或电磁波(载波)的电能来驱动的无源型RFID。(关于有源型RFID,参照文献1:日本专利申请公报2005-316724,关于无源型RFID,参照文献2:日本专利申请公报2006-503376)。在这两者之间,在有源型RFID中,嵌入了用于驱动RFID的电源,并且所包括的电池就是电源。另外,在无源型RFID中,通过利用外部的无线电波或电磁波(载波)的电能,产生用于驱动RFID的电源,使得一种不带电池的结构得以实现。
图3显示出有源型RFID的具体结构的框图。在图3的有源型RFID 300中,由天线电路301接收到的通信信号被输入到信号处理电路302中的解调电路306和放大器307中。通常,通过应用载波(比如13.56MHz或915MHz)的ASK调制或PSK调制等处理,发送上述通信信号。此处,图3显示出一个示例,其中13.56MHz被用作通信信号。为了处理一信号,在图3中,需要一种作为基准信号的时钟信号,此处,13.56MHz的载波被用作时钟信号。放大器307放大13.56MHz的载波,并且将它作为时钟信号提供给逻辑电路308。另外,已对其应用了ASK调制或PSK调制的通信信号在解调电路306中被解调。解调之后的信号也被发送到逻辑电路308以待分析。逻辑电路308中所分析的信号被发送到存储器控制电路309,并且基于此,存储器控制电路309控制存储器电路310并且取出存储器电路310中所存储的数据以将它发送到逻辑电路305。存储器电路310中所存储的数据在逻辑电路305中被编码,接下来,在放大器304中它被放大,并且调制电路303调制该信号。此处,图3中的电源由电池321通过电源供给电路320来提供。电源供给电路320将电能提供给放大器307、解调电路306、逻辑电路308、存储器控制电路309、存储器电路310、逻辑电路305、放大器304、调制电路303等。有源型RFID以这种方式操作。
图2显示出无源型RFID的具体结构的框图。在图2的无源型RFID200中,由天线电路201接收到的通信信号被输入到信号处理电路202中的解调电路206和放大器207中。通常,通过应用载波(比如13.56MHz或915MHz)的ASK调制或PSK调制等处理,发送上述通信信号。此处,图2显示出一个示例,其中13.56MHz被用作通信信号。为了处理一信号,在图2中,需要一种作为基准信号的时钟信号,此处,13.56MHz的载波被用作时钟信号。放大器207放大13.56MHz的载波,并且将它作为时钟信号提供给逻辑电路208。另外,已对其应用了ASK调制或PSK调制的通信信号在解调电路206中被解调。解调之后的信号也被发送到逻辑电路208以待分析。逻辑电路208中所分析的信号被发送到存储器控制电路209,并且基于此,存储器控制电路209控制存储器电路210并且取出存储器电路210中所存储的数据以将它发送到逻辑电路205。存储器电路210中所存储的数据在逻辑电路205中被编码,接下来,在放大器204中它被放大,并且调制电路203调制该信号。另一方面,被输入到整流电路220中的通信信号经整流并被输入到电源供给电路221。电源供给电路221将电能提供给放大器207、解调电路206、逻辑电路208、存储器控制电路209、存储器电路210、逻辑电路205、放大器204、调制电路203等。无源型RFID以这种方式操作。
发明内容
然而,如图3所示,对于用电池来驱动的有源型RFID而言,根据个体信息的发送和接收时间以及发送和接收所必需的无线电波的强度设置,电池会随时间而耗尽。由此,问题在于,个体信息的发送和接收所必需的电能最终无法从电池那儿获得。因此,为了连续地使用用电池来驱动的有源型RFID,就需要检查电池的剩余电量或更换电池。
另外,如图2所示,对于利用外部无线电波或电磁波(载波)的电能来产生用于驱动的电源的无源型RFID而言,问题在于,长距离的信号发送和接收以及发送和接收所必需的无线电波发送电能的获取都是很难的,使得很好的发送和接收状态是难以实现的。因此,为了使用这种利用外部无线电波或电磁波(载波)的电能来产生用于驱动的电源的无源型RFID,问题在于,半导体器件的使用仅限于离读取器/写入器(它是用于提供电能的单元)的天线的距离很短的情况,其中从外部提供的无线电波或电磁波(载波)的电能是足够的。
考虑到上述问题,本发明的目的是提供一种包括RFID的半导体器件,它可以在不必根据电池随时间耗尽而检查电池的剩余电量或更换电池的情况下发送和接收个体信息,还可以在外部无线电波或电磁波(载波)的电能不够用时维持很好的个体信息发送和接收状态。
为了解决上述问题,提供了电池(也被称为次级电池)作为向RFID提供电能的电源。然后,在本发明的半导体器件中,通过利用从外部接收到的信号的电能,产生用于驱动的电源;当从外部接收到的信号中获得的电能大于预定的电能时,其多余的电能就被存储在电池中;并且当从外部接收到的信号中获得的电能小于预定的电能时,从电池中获得的电能就被用于驱动电能。
根据本发明的一个方面的半导体器件包括:电池;用于执行信号的无线发送和接收的电路;以及用于根据从该信号中获得的电能来产生预定的电压的电路。当接收到的信号的电能小于预定的电能时,通过使用所接收到的信号的电能和电池所输出的电能所产生的电压,来执行信号处理。当接收到的信号的电能大于预定的电能时,通过使用所接收到的信号的电能产生的电压来执行信号处理,并且该电能被存储在电池中。
根据本发明的一个方面的半导体器件包括:接收单元,用于接收信号;信号处理单元,用于处理由接收单元接收到的信号并且发送该信号;发送单元,用于发送由信号处理单元所产生的信号;以及电能存储单元,用于存储所提供的电能。信号处理单元包括:电能转换单元,用于将接收单元所接收到的信号转换成直流电能;电压产生单元,用于从所提供的电能产生出预定的电压;以及控制单元,当电能转换单元所转换的电能大于预定的电能时,控制单元就将电能转换单元所输出的电能提供给电压产生单元和电池,而当电能转换单元所转换的电能小于预定的电能时,控制单元就将电能转换单元所输出的电能提供给电压产生单元并且将电池中所存储的电能提供给电压产生单元。
根据本发明的一个方面的半导体器件包括:第一接收单元,用于接收信号;第二接收单元,其接收距离比第一接收单元要长;信号处理单元,用于处理由第一接收单元接收到的信号并且发送该信号;第一发送单元,用于发送由信号处理单元产生的信号;第二发送单元,其发送距离比第一发送单元要长并且用于发送由第二接收单元接收到的信号;以及电能存储单元,用于存储所提供的电能。信号处理单元包括:电能转换单元,用于将第一接收单元接收到的信号转换成直流电能;电压产生单元,用于从所提供的电能产生出预定的电压;以及控制单元,当电能转换单元所转换的电能大于预定的电能时,控制单元就将电能转换单元所输出的电能提供给电压产生单元和电池,而当电能转换单元所转换的电能小于预定的电能时,控制单元就将电能转换单元所输出的电能提供给电压产生单元并且将电池中所存储的电能提供给电压产生单元。
根据本发明的一个方面的半导体器件包括:天线电路,用于发送和接收信号;信号处理单元,用于处理由天线电路接收到的信号并且将该信号发送到天线电路;以及电池,用于存储所提供的电能。信号处理单元包括:整流电路,用于对天线电路所接收到的信号进行整流并且输出直流电能;电源供给电路,用于从所提供的电能产生出预定的电压;以及控制单元,当整流电路所输出的电能大于预定的电能时,控制单元就将整流电路所输出的电能提供给电源供给电路和电池,而当整流电路所输出的电能小于预定的电能时,控制单元就将整流电路所输出的电能提供给电源供给电路并且将电池中所存储的电能提供给电源供给电路。
根据本发明的一个方面的半导体器件包括:第一天线电路,用于发送和接收信号;第二天线电路,其发送和接收距离比第一天线电路要长;信号处理单元,它供给信号用于处理由第一天线电路接收到的信号并且将它发送到第一天线电路;以及电池,用于存储所提供的电能。信号处理单元包括:整流电路,用于对天线电路所接收到的信号进行整流并且输出直流电能;电源供给电路,用于从所提供的电能产生出预定的电压;以及控制单元,当整流电路所输出的电能大于预定的电能时,控制单元就将整流电路所输出的电能提供给电源供给电路和电池,而当整流电路所输出的电能小于预定的电能时,控制单元就将整流电路所输出的电能提供给电源供给电路并且将电池中所存储的电能提供给电源供给电路。
根据本发明一个方面的半导体器件具有一种结构,其中在上述结构中第二天线电路的载波频率调谐到第一天线电路的载波频率。
根据本发明一个方面的半导体器件具有一种结构,其中在上述结构中第一天线电路包括第一天线和第一电容器并且第二天线电路包括第二天线和第二电容器。
根据本发明一个方面的半导体器件具有一种结构,其中在上述结构中第一天线和第二天线都是通过缠绕导线而获得的线圈。
根据本发明一个方面的半导体器件具有一种结构,其中在上述结构中第二天线的线圈直径比第一天线的线圈直径要长。
注意到,本发明所描述的开关可以使用电开关或机械开关。即,任何元件都是可以使用的,只要它能够控制电流就可以,由此,开关并不限于某一元件。例如,它可以是晶体管、二极管(比如PN结二极管、PIN二极管、Schottky二极管、或二极管-连接的晶体管)、或用于将这些元件组合起来的逻辑电路。因此,在将晶体管用作开关的情况下,晶体管的极性(导电类型)并不特别限于某一类型,因为它仅用作开关。然而,当期望截止电流很小时,最好使用其截止电流更小的那种极性的晶体管。作为其截止电流很小的晶体管的示例,给出了具有LDD区域的晶体管、具有多栅极结构的晶体管等。另外,较佳地,当用作开关的晶体管的源极端子的电位更接近于低电位一侧的电源时(比如Vss、GND或0V),就使用n沟道晶体管;当上述源极端子的电位更接近于高电位一侧的电源时(比如Vdd),就使用p沟道晶体管。这是因为晶体管的栅极-源极电压的绝对值可能会增大,使得晶体管可以很容易地充当开关。注意到,通过同时使用n沟道和p沟道晶体管,也可以使用CMOS开关。通过使用CMOS开关,即使在条件发生变化使得通过该开关输出的电压(换句话说即被输入到该开关的电压)高于或低于输出一侧的电压时,也可以恰当地操作该开关。
注意到,在本发明中,“连接”这一描述包括各元件电连接的情形以及各元件直接相连的情形。相应地,在本发明所揭示的结构中,能够电连接的另一个元件(比如开关、晶体管、电容器、电感器、电阻器、或二极管)可以被插在具有预定连接关系的各元件之间。或者,各元件可以直接连接或设置,而无需在其间插入另一个元件。在各元件相连而没有在其间插入另一个能够电连接的元件并且仅包括直接连接的情况下,使用“直接连接”这一描述。注意到,“电连接”这一描述包括各元件电连接的情形以及各元件直接连接的情形。
注意到,在本发明中,各种类型的晶体管都可以应用于晶体管,而不限定于某一类型。相应地,可以应用:利用非单晶半导体膜(通常是非晶硅或多晶硅)的薄膜晶体管(TFT);通过使用半导体基片或SOI基片而形成的晶体管;MOS晶体管;结晶体管;双极晶体管;使用像ZnO或a-InGaZnO这样的化合物半导体的晶体管;使用有机半导体或碳纳米管的晶体管;或其它晶体管。注意到,非单晶半导体膜可以包括氢和卤素。另外,各种类型的基片都可以被用作其上形成晶体管的基片,而不限定于某一类型。相应地,例如,晶体管可以形成于下列之上:单晶基片;SOI基片;玻璃基片;石英基片;塑料基片;纸质基片;玻璃纸基片;石头基片;等等。另外,晶体管被形成于一个基片上,然后,该晶体管可以被转移到另一个基片上。
晶体管的结构可以是各种模式,而不限定于某一结构。例如,可以使用多栅极结构,该结构具有两个或更多个栅极电极。通过使用多栅极结构,截止电流可以减小,耐受电压可以增大以提高晶体管的可靠性。或者即使当晶体管工作在饱和区域中漏极-源极电压发生波动时,也可以提供平坦的特征而不导致漏极-源极电流波动得很厉害。另外,可以使用一种在沟道上方和下方形成栅极电极的结构。通过使用这种在沟道上方和下方形成栅极电极的结构,沟道区域被放大以增大流过其间的电流量,或者可以很容易地形成耗尽层以减小S值。另外,可以使用:在沟道上方形成栅极电极的结构;在沟道下方形成栅极电极的结构;交错的结构;反向交错的结构;沟道区域被划分成多个区域且划分的多个区域并联或串联的结构。源极电极或漏极电极可以与沟道(或其一部分)重叠。通过使用源极电极或漏极电极可以与沟道(或其一部分)重叠的结构,电荷在沟道的一部分中累积从而使得工作状况变得不稳定这一情形可以得到防止。另外,可以提供LDD(轻掺杂漏极)区域。通过提供LDD区域,截止电流可以减小并且耐受电压可以得到增大以提高晶体管的可靠性,或者即使当晶体管工作在饱和区域中漏极-源极电压发生波动,也可以提供平坦的特征而不导致漏极-源极电流波动得很厉害的情况下。
注意到,如上所述,各种类型的晶体管都可以用作本发明的晶体管,并且这些晶体管可以形成于各种类型的基片上。相应地,所有的电路都可以形成于玻璃基片、塑料基片、单晶基片、SOI基片、或任何其它基片上。通过在同一基片上形成所有的电路,组件部件的个数可以减小以减小成本,或者电路组件的连接的个数可以减小以提高可靠性。或者,电路的多个部分可以形成于一个基片上,而电路的其它部分则可以形成于另一个基片上。即,并非所有的电路都必须形成于同一基片上。例如,电路的多个部分可以与晶体管一起形成于玻璃基片上,而电路的其它部分则可以形成于单晶基片(IC芯片)上,使得IC芯片可以通过COG(玻璃上芯片)连接到玻璃基片。或者,IC芯片可以通过TAB(卷带自动接合)或印刷电路板而连接到玻璃基片。这样,通过在同一基片上形成电路的多个部分,组件部件的个数可以减小以削减成本,或者电路组件的连接的个数可以减小以提高可靠性。另外,通过在另一个基片上形成具有高驱动电压的部分或具有高驱动频率的部分(它们将消耗很多电能),可以防止功耗增大。
在本发明中,关于“一物体形成于另一个物体之上”这一描述并不必然意味着该物体与另一个物体直接接触。这种描述包括两个物体没有直接接触的情形即另一个物体被夹在其间的情形。相应地,例如,当描述到层B形成于层A之上时,它包括层B与层A直接接触的情形以及另一层(比如层C或层D)与层A直接接触且层B与层C或D直接接触的情形。相似的是,当描述到一物体形成于另一个物体之上时,这并不必然意味着该物体与另一个物体直接接触,并且另一个物体可以被夹在其间。相应地,例如,当描述到层B形成于层A之上时,它包括层B与层A直接接触的情形以及另一层(比如层C或层D)与层A直接接触且层B与层C或D直接接触的情形。相似的是,当描述到一物体形成于另一个物体之下时,它包括这些物体直接接触的情形以及这些物体不直接接触的情形。
本发明的半导体器件包括电池。因此,不像常规技术那样,可以防止电池随时间耗尽时没有电能用于个体信息的发送和接收的情况。通过利用外部无线电波或电磁波的电能,而无需连接到电池充电器,就可以对电池进行充电。相应地,该电池可以连续地使用,并且不像有源型RFID那样,无需检查电池的剩余电量或更换电池。另外,用于驱动RFID的电能总是被保持在电池中,使得可以获得充足的用于驱动RFID的电能;因此,离读取器/写入器的通信距离可以增大。
注意到,在本发明中,半导体器件意味着一种其电路包括半导体元件(比如晶体管或二极管)的器件。半导体器件可以包括所有利用半导体特性而工作的器件。另外,作为半导体器件的形状,可以使用标贴形、圆柱形、卡片形和方盒形中的任一种,并且可以使用各种模式。
附图说明
在附图中:
图1是显示出本发明的半导体器件的结构图;
图2是显示出无源型半导体器件的结构图;
图3是显示出有源型半导体器件的结构图;
图4是显示出控制电路的示例的图;
图5是显示出电压比较器的示例的图;
图6是显示出本发明的半导体器件的结构图;
图7A和7B是显示出本发明的半导体器件的结构图;
图8A和8B是显示出本发明的半导体器件的结构图;
图9A和9B是显示出本发明的半导体器件的结构图;
图10A和10B是显示出本发明的半导体器件的结构图;
图11A-11D是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图12A-12C是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图13A和13B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图14A和14B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图15A和15B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图16A-16D是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图17A和17B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图18A和18B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图19A和19B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图20A和20B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图21A和21B是显示出本发明的半导体器件的制造步骤的图;
图22A是显示出天线电路的示例图,而图22B是显示出整流电路的示例图;
图23A-23E是显示出天线的形状的示例;
图24A和24B是显示出Id-Vg特征的图;
图25是显示出TFT的源极区域、沟道区域和漏极区域形成的形成方向与产品的基片弯曲方向之间的关系图;
图26A-26E是显示出根据本发明的产品的示例图;
图27A-27D是显示出贴有根据本发明的ID标贴等的产品的示例图;
贴28A和28B是显示出商店内部的商品购买的示例图;
图29是显示出生产者(制造商)、销售者和顾客之间的关系图;
图30是显示出在安全检查时贴有ID标签的物品的检查方法的图;以及
图31A-31F是显示出在芯片、其上形成有天线的基片、以及电池之间的连接的图。
具体实施方式
在下文中,参照附图,通过实施方式来描述本发明。然而,本发明可以按各种不同的方式来实现,并且将会理解各种变化和修改对于本领域技术人员而言将会是明显的。除非这种修改和变化背离了本发明的精神和范围,否则它们应该被认为是包括在本文中。因此,本发明不应该被解释成限定于各种实施方式的描述。注意到,在下文描述的本发明的各种结构中,显示同一部分的标号在不同的图中是共用的。
实施方式1
首先,简述了根据本发明实施方式1的半导体器件的示意性结构。
这种半导体器件包括:天线电路;信号处理电路,用于处理由天线电路接收到的信号;以及电池,用于存储所提供的电能。
天线电路包括用于接收信号的天线。
作为天线电路的天线的形状,可以使用各种类型。例如,可以使用所谓的偶极子天线、环路天线、八木天线、修补天线、或微型天线。在天线作为信号处理电路中所包括的晶体管而形成于基片之上的情况下,天线的形状最好是微型天线、微型偶极子天线等。
另外,天线电路可以包括用于改变接收到的信号的频率的单元。例如,当天线的形状是环形天线时,通过使用天线线圈(该线圈形成天线和电容器)便可以形成谐振电路。
信号处理电路包括:电源供给电路,它从所提供的电能来产生半导体器件的预定电压;以及整流电路,它对天线电路所接收到的信号进行整流以便向电源供给电路提供整流电能。
另外,当整流电路所输出的电能比信号处理电路工作时所必需的电能大得足够多时,信号处理电路将整流电路所输出的额外的电能存储到电池中。当整流电路所输出的电能不足以使信号处理电路工作时,信号处理电路包括一控制单元,该控制单元将电池的电能提供给电源供给电路。
作为电池,可以使用锂离子电池、锂二次电池、镍金属氢化物电池、镍镉电池、或有机基团电池;然而,本发明并不限于此。或者,可以使用具有高电容的电容器。
通过控制电路将电池连接到整流电路,可以实现上述控制单元。通过连接电池,额外的电能被存储在电池中,并且当整流电路所输出的电能减小时从该电池向电源供给电路提供电能。
下文描述控制电路的操作过程。
控制电路将电池所输出的电压与整流电路所输出的电压进行比较。当整流电路所输出的电压比电池所输出的电压高出足够多时,控制电路将整流电路和电池连接起来。此时,整流电路所输出的电能被提供给电池和电源供给电路,并且额外的电能被存储在电池中。
当整流电路所输出的电压并没有比电池所输出的电压高出足够多时,控制电路将电源供给电路和电池连接起来。此时,当整流电路所输出的电压高于电池所输出的电压时,整流电路所输出的电能被提供给电源供给电路,并且不需要对电池充电并且电池也不消耗电能。然后,当整流电路所输出的电压变得低于电池所输出的电压时,从电池向电源供给电路提供电能。
即,控制电路根据整流电路所输出的电压和电池所输出的电压来控制电流的方向。
接下来,结合图1所示的框图,详细描述根据本发明实施方式1的半导体器件的配置示例。
本发明的实施方式1的半导体器件包括天线电路101、信号处理电路102以及电池131。
天线电路101包括如图22A所示的天线线圈2201和电容器2202,例如,天线电路101可以通过使用天线线圈2201和电容器2202来形成谐振电路。
信号处理电路102包括调制电路103、放大器104、逻辑电路105、解调电路106、放大器107、逻辑电路108、存储器控制电路109、存储器电路110、整流电路120、电源供给电路121以及控制电路130。
整流电路120包括如图22B所示的整流元件2203和2204以及电容器2205,并且通过使用整流元件2203和2204对天线电路101所接收到的交流信号进行半波整流。然后,整流电路120所输出的电压被提供给电源供给电路121和控制电路130。
图4示出了控制电路130的示例。
控制电路130包括整流元件404和405、电压比较器401以及开关402和403。
电压比较器401将电池131输出的电压与整流电路120输出的电压进行比较。当整流电路120输出的电压比电池131输出的电压高出足够多时,电压比较器401开启开关402并且关闭开关403。然后,通过整流元件404和开关402将整流电路120所提供的电流提供给电池131。另一方面,当整流电路120输出的电压并没有比电池131输出的电压高出足够多时,电压比较器401关闭开关402并且开启开关403。此时,当整流电路120输出的电压高于电池131输出的电压时,电流没有被提供给整流元件405;并且当整流电路120输出的电压低于电池131输出的电压时,通过开关403和整流元件405将电池131所提供的电流提供给电源供给电路121。
控制电路并不限于本实施方式所描述的那样,可以使用另一种方法。
另外,图5示出了电压比较器401的示例。
电压比较器401通过使用电阻器501和502对电池131所输出的电压进行电阻分压,并且还通过使用电阻器503和504对整流电路120所输出的电压进行电阻分压,并且将每一个经电阻分压的电压输入到比较器505。反相器类型的缓冲器电路506和507串联连接到比较器505的输出。然后,电压比较器401将缓冲器电路506的输出输入到开关403的控制端子,并且将缓冲器电路507的输出输入到开关402的控制端子,并且控制图4中的开关402和403的导通/截止。注意到,当输入到其控制端子的信号是高电平时开关402和403都被开启,并且当输入到其控制端子的信号是低电平时开关402和403都被关闭。
根据电阻分压以调节输入到比较器505的电压输入,电压比较器401可以根据整流电路所输出的电压比电池所输出的电压高出多少来控制何时开启开关402和关闭开关403。
电压比较器并不限于本实施方式中所描述的那样,可以使用另一种方法。
下面描述本发明实施方式1的半导体器件的信号处理。天线电路101所接收到的通信信号被输入到解调电路106和放大器107。通常,通过对13.56MHz或915MHz等载波执行ASK调制或PSK调制等处理,来发送通信信号。
图1示出了使用13.56MHz的通信信号的情况示例。为了处理信号,需要一个作为基准信号的时钟信号,在本示例中,13.56MHz的载波被用作时钟信号。放大器107放大13.56MHz的载波,并且将它作为时钟信号提供给逻辑电路108。另外,已对其应用了ASK调制或PSK调制的通信信号是在解调电路106中被解调的。解调之后的信号也被发送到逻辑电路108以待分析。逻辑电路108中所分析的信号被发送到存储器控制电路109,并且基于此,存储器控制电路109控制存储器电路110。然后,存储器控制电路109取出存储器电路110中所存储的数据以将它发送到逻辑电路105。被发送到逻辑电路105的数据在逻辑电路105中被编码,然后,它在放大器104中被放大,并且调制电路103调制该信号。根据实施方式1的半导体器件就是以这种方式工作的。
尽管此处描述了13.56MHz的通信信号,但是本发明并不限于13.56MHz。通过使用另一种频率,比如125KHz、UHF频率、或2.45GHz,也可以实现本发明。另外,使用除图1所示结构以外的结构,也可以实现上述框图结构。
接下来,图6示出了根据实施方式1的半导体器件的示意图。
该半导体器件包括在底部基片1101中的信号处理电路1102、天线1103和电池1104。天线1103具有连接端子1105a和1105b。在天线1103中,每一个连接端子1105a和1105b都连接到信号处理电路1102。
注意到,图6没有示出在其上形成信号处理电路1102、天线1103和电池1104的基片。
底部基片1101包括至少两个片,并且这两个片贴在一起。像纸或塑料等材料都可以用作上述的片。
各类晶体管都可以应用于信号处理电路1102中所包括的晶体管,而不限于某一类型。相应地,可以应用:使用单晶半导体膜(典型的是非晶硅或多晶硅)的薄膜晶体管(TFT);通过使用半导体基片或SOI基片而形成的晶体管;MOS晶体管;结晶体管;双极晶体管;使用像ZnO或a-InGaZnO这样的化合物半导体的晶体管;使用有机半导体或碳纳米管的晶体管;或其它晶体管。注意到,非单晶半导体膜可以包括氢或卤素。另外,各种基片可以被用作其上形成信号处理电路1102的基片,而并不限于某一类型。相应地,例如,信号处理电路1102可以形成于单晶基片、SOI基片、玻璃基片、石英基片、塑料基片、纸基片、玻璃纸基片、石基片等之上。另外,信号处理电路1102可以形成于一个基片上,然后,信号处理电路1102可以被转移到另一个基片。
作为天线1103的形状,可以使用各种类型,而不限于图中所示的类型。例如,可以使用如下形状:所谓的偶极子天线;环路天线;八木天线;修补天线;或微型天线。在天线1103形成于与信号处理电路1102中所包括的晶体管相同的基片之上的情况下,天线的形状最好是微型环形天线、微型偶极子天线等。天线1103可以形成于与信号处理电路1102相同的基片上,或者可以形成于与其上形成信号处理电路1102的基片不同的基片之上。另外,各种基片都可以被用作其上形成天线1103的基片,而不限于某一类型。相应地,例如,天线1103可以形成于单晶基片、SOI基片、玻璃基片、石英基片、塑料基片、纸基片、玻璃纸基片、石基片等之上。在天线1103形成于与信号处理电路1102相同的基片之上的情况下,可以通过溅射、CVD、旋转涂敷等沉积一导电膜并且接下来使该导电膜图案化,便可以形成天线1103;或者可以通过微滴排放方法,比如喷墨方法、丝网印刷方法等,也可以形成天线1103。在天线1103形成于与其上形成信号处理电路1102的基片不同的基片之上的情况下,天线1103可以通过上述方法形成;然而,天线1103最好是通过丝网印刷方法来形成。注意到,图案化意味着处理膜的形状,比如通过光刻技术形成膜的图形(比如,在感光性的丙烯酸中形成接触孔,处理感光性的丙烯酸的形状以使其成为间隔物等等),或者通过光刻技术形成掩模图形并且通过使用掩模图形进行蚀刻。
图23A-23E示出了所述天线的形状的具体示例。注意到,尽管此处为了简化没有描述与电池1104相对应之物,但是根据实施方式1在半导体器件中提供了该电池。
图23A示出了一个示例,其中信号处理电路周围覆盖有片状天线。天线2301和信号处理电路2302被包括在底部基片2300中。尽管图中示出了在信号处理电路2302的周围区域覆盖有天线2301这样一种结构,但是也可以使用其整个表面都覆盖有天线且信号处理电路2302设置于其上的结构。
图23B示出了一个示例,其中排列了细天线以便绕着信号处理电路的周围区域。天线2304和信号处理电路2305被包括在底部基片2303中。天线的导线仅仅是一个示例,使得本发明并不限于此。
图23C示出了高频天线。天线2307和信号处理电路2308被包括在底部天线2306中。
图23D示出了全向天线(它可以接收任何方向的信号)。天线2310和信号处理电路2311被包括在底部基片2309中。
图23E示出了扩展成棒状的天线。天线2313和信号处理电路2314被包括在底部基片2312中。
天线可以形成于与信号处理电路相同的基片上,或者可以形成于与其上形成有信号处理电路的基片不同的基片之上。注意到,其上形成有信号处理电路的基片以及天线可以通过已知的方法相连。例如,可以使用导线接合或凸起连接,将其是形成有信号处理电路的基片与天线连接起来;或者可以使用这样一种方法,其中其上形成芯片形状的信号处理电路的基片的整个表面被用作一个电极并且该电极贴到该天线上。在该方法中,通过使用ACF(各向异性导电膜),便可以将其上形成有信号处理电路的基片与天线连接起来。
天线所需的合适长度根据接收所用的频率而变化。通常,可以使用波长的整数分之一的长度。例如,在频率是2.45GHz的情况下,天线可以形成约60mm(波长的一半)或约30mm(波长的四分之一)的长度。
作为电池1104,可以使用:像锂离子电池这样的二次电池;锂二次电池;镍金属氢化物电池;镍镉电池;有机基团电池;铅蓄电池;空气二次电池;镍锌电池;或银锌电池;然而,本发明并不限于此。或者,可以使用高电容的电容器。特别是,因为锂离子电池或锂二次电池具有很高的充电和放电容量,所以通过应用这种电池便可以将实施方式1的半导体器件中所设置的电池制造得更小。注意到,通过溅射形成锂离子电池的活性材料或电解质,电池1104可以形成于与信号处理电路1102相同的基片之上,或者可以形成于与天线1103相同的基片之上。通过在与信号处理电路1102或天线1103相同的基片上形成电池1104,产量得以提高。在金属锂电池中,含锂离子的过渡金属氧化物、金属氧化物、金属硫化物、基于铁的化合物、导电的聚合物、有机硫基化合物等被用作正的电极活性材料;锂(合金)被用作负的电极活性材料;并且基于有机物的电介质流体、聚合物电解质等被用作电解质。因此,通过使用金属锂电池,可以提供具有更高充电和放电容量的电池1104。
注意到,实施方式1的半导体器件的结构并不限于图6所示的结构。即,在图6中,示出了在天线1103和电池1104之间形成信号处理电路1102的结构,这可从横截面中看出;然而,电池1104也可以形成于天线1103和信号处理电路1102之间,或者天线1103可以形成于电池1104和信号处理电路1102之间。另外,天线1103、电池1104和信号处理电路1102的面积之比并不限于图6所示的比例。即,在实施方式1的半导体器件中,天线1103、电池1104和信号处理电路1102之间的位置关系并不限于从横截面中看到的那样。另外,天线1103和信号处理电路1102可以形成于不同的基片之上,或者,天线1103、电池1104和信号处理电路1102可以形成于同一基片上。
如图8A所示,信号处理电路802和天线803可以形成于基片801上,电池804可以贴到基片801上形成有信号处理电路802和天线803的表面一侧。或者,如图8B所示,电池804可以贴到与基片801上形成有信号处理电路802和天线803的表面一侧相反的一侧。注意到,天线803的每一个连接端子805a和805b都连接到信号处理电路802。
另外,如图9A所示,其上形成信号处理电路的基片902可以被贴到基片901上形成有天线903的表面一侧,此外,电池904也可以贴上去。注意到,此时,当电池904的面积小于基片901的面积时,电池904可以形成不与基片902上形成信号处理电路之处重叠。如果电池904与基片902上形成信号处理电路之处重叠,则最好将电池904贴到基片902上形成信号处理电路之处,因为信号处理电路以及连接端子905a和905b是很容易连接的,并且其上形成有信号处理电路的基片902以及电池904也是很容易连接的。此外,如图9B所示,其上形成有信号处理电路的基片902可以被贴到基片901上形成天线903的表面一侧,此外,电池904可以被贴到相反的表面一侧。
通过使用本发明实施方式1的半导体器件,不再需要更换电池,因为使用了存储电能的电池。另外,因为当接收到的信号较弱时可以将电池的电能提供给信号处理电路,所以通过操作半导体器件就可以进行通信。即,因为可以用弱信号进行通信,所以通信距离可以增大并且可以进行稳定的通信。
此外,因为当接收到的信号很强时电能可以被自动地存储到电池中,所以即使用户没打算进行充电操作,也可以进行充电。不用说,当电池中所存储的电能减小时,用户可以很容易有意地进行充电操作。
实施方式2
在实施方式2的半导体器件中,示出了一种结构,其中实施方式1的半导体器件具有所谓的升压器(booster)天线。
首先,简述了实施方式2的半导体器件的示意性结构。
半导体器件包括:天线电路;信号处理电路,用于处理由天线电路接收到的信号;以及电池,用于存储所提供的电能。
注意到,天线电路包括第一天线部分和第二天线部分。第一天线部分包括第一天线线圈,第二天线部分包括第二天线线圈,其外直径比第一天线线圈的外直径长。第一天线部分的发送和接收频率调谐到第二天线部分的发送和接收频率。天线线圈意指具有环形天线形状的天线,它是环形排列的导线。天线线圈包括缠绕多次的导线。
另外,电路可以包括电容器。谐振电路可以通过使用天线和电容器来形成。即,电容器可以连接到第一天线部分和第二天线部分,使得第一天线部分和第二天线部分可以形成具有电容器的谐振电路。在这种情况下,通过使用第一天线线圈和第一电容器而形成的第一谐振电路的谐振频率调谐至通过使用第二天线线圈和第二电容器而形成的第二谐振电路的谐振频率。
第一天线线圈连接到信号处理电路,第二天线线圈排列成使得第一天线线圈的中间轴定位于第二天线线圈的导线环路之中。较佳地,第一天线线圈和第二天线线圈排列成使得其中间轴彼此对应。
因为第一天线部分的谐振频率调谐至第二天线部分的谐振频率,所以当第二天线部分接收到信号且产生磁场时,通过互感在第一天线部分中产生了电介电动势。这样,当通信距离较短时,主要由第一天线部分来接收信号;当通信距离变得较长时,主要由第二天线部分接收信号,使得可以有效地获得电介电动势。
信号处理电路包括:电源供给电路,用于从所提供的电能中产生出半导体器件的预定电压;以及整流电路,用于对第一天线部分所接收到的信号所产生的电介电动势进行整流以便向电源供给电路提供直流电。另外,当整流电路所输出的电压比电池所输出的电压高出足够多时,信号处理电路将整流电路所输出的电能中多余的电能存储到电池中。当整流电路所输出的电压低于电池所输出的电压时,信号处理电路包括控制单元,该控制单元将电池的电能提供给电源供给电路。
作为电池,可以使用锂离子电池、镍金属氢化物电池、镍镉电池、或有机基团电池;然而,本发明并不限于此。或者,可以使用具有高电容的电容器。
通过控制电路将电池连接到整流电路,便可以实现上述控制单元。通过连接电池,多余的电能就被存储到电池中,并且当整流电路所输出的电能减小时就将电池的电能提供给电源供给电路。
下文描述控制电路的操作。
控制电路将电池所输出的电压与整流电路所输出的电压进行比较。当整流电路所输出的电压比电池所输出的电压高出足够多时,控制电路就将整流电路所输出的电能提供给电池和电源供给电路。即,多余的电能被存储到电池中。
当整流电路所输出的电压变得低于电池所输出的电压时,控制电路将电池的电流提供给电源供给电路。控制电路根据整流电路所输出的电压和电池所输出的电压来控制从电池到电源供给电路的电流。
实施方式2的半导体器件可以增大通信距离。另外,因为电动势增大了并且整流电路所输出的电能增大了,所以可以很容易地获得电池中所存储的多余的电能。
接下来,图7A和7B示出了本发明实施方式2的半导体器件的示意图。
半导体器件包括在底部基片1211中的芯片1212、升压器天线1213、电池1204以及电容1215。升压器天线1213具有电容连接端子1214a和1214b。在升压器天线1213中,每一个连接端子1214a和1214b都连接到电容1215。
注意到,图7A没有显示出其上形成有升压器天线1213和电池1204的基片。
底部基片1211包括至少两片,这两片是贴在一起的。像纸或塑料等材料都可以用作这种片。
如图7B所示,芯片1212包括形成有基片1201上的信号处理电路1202和芯片天线1203,并且芯片天线1203的每一个连接端子1205a和1205b连接到信号处理电路1202。
各类晶体管都可以应用于信号处理电路1202中所包括的晶体管,而不限于某一类型。相应地,可以应用:使用单晶半导体膜(典型的是非晶硅或多晶硅)的薄膜晶体管(TFT);通过使用半导体基片或SOI基片而形成的晶体管;MOS晶体管;结晶体管;双极晶体管;使用像ZnO或a-InGaZnO这样的化合物半导体的晶体管;使用有机半导体或碳纳米管的晶体管;或其它晶体管。注意到,非单晶半导体膜可以包括氢或卤素。另外,各种基片可以被用作其上形成信号处理电路1202的基片,而并不限于某一类型。相应地,例如,信号处理电路1202可以形成于单晶基片、SOI基片、玻璃基片、石英基片、塑料基片、纸基片、玻璃纸基片、石基片等之上。另外,信号处理电路1202可以形成于一个基片上,然后,信号处理电路1202可以被转移到另一个基片。
作为升压器天线1213和芯片天线1203的形状,可以使用各种类型,只要发送和接收频率调谐好就可以,而并不限于图中所示的形状。较佳地,升压器天线1213的天线的形状是环形天线,并且芯片天线1203的天线的形状是微型环形天线。芯片天线1203可以形成于与信号处理电路1202相同的基片上。相应地,可以通过溅射、CVD、旋转涂敷等沉积一导电膜并且接下来使该导电膜图案化,便可以形成芯片天线1203;或者可以通过微滴排放方法,比如喷墨方法、丝网印刷方法等,也可以形成天线1203。各种基片都可以被用作其上形成升压器天线1213的基片,而不限于某一类型。相应地,例如,升压器天线1213可以形成于单晶基片、SOI基片、玻璃基片、石英基片、塑料基片、纸基片、玻璃纸基片、石基片等之上。因此,可以通过溅射、CVD、旋转涂敷等沉积一导电膜并且接下来使该导电膜图案化,便可以形成升压器天线1213;或者可以通过微滴排放方法,比如喷墨方法、丝网印刷方法等,也可以形成升压器天线1213。较佳地,升压器天线1103是通过丝网印刷方法来形成。
作为电池1204,可以使用:像锂离子电池这样的二次电池;锂二次电池;镍金属氢化物电池;镍镉电池;有机基团电池;铅蓄电池;空气二次电池;镍锌电池;或银锌电池;然而,本发明并不限于此。或者,可以使用高电容的电容器。特别是,因为锂离子电池或锂二次电池具有很高的充电和放电容量,所以通过应用这种电池便可以将实施方式2的半导体器件中所设置的电池制造得更小。注意到,通过溅射形成锂离子电池的活性材料或电解质,电池1204可以形成于其上形成有升压器天线1213的基片之上。通过在其上形成有升压器天线1213的基片之上形成电池1204,产量得以提高。在金属锂电池中,含锂离子的过渡金属氧化物、金属氧化物、金属硫化物、基于铁的化合物、导电的聚合物、有机硫基化合物等被用作正的电极活性材料;锂(合金)被用作负的电极活性材料;并且基于有机物的电介质流体、聚合物电解质等被用作电解质。因此,通过使用金属锂电池,可以提供具有更高充电和放电容量的电池1204。
注意到,实施方式2的半导体器件的结构并不限于图7A所示的结构。即,在图7A中,示出了升压器天线1213和芯片1212排列在电池1204的至少一侧的结构,这可从横截面中看出;然而,电池1204也可以形成于升压器天线1203和芯片1212之间,芯片1212也可以形成于升压器天线1203和电池1204之间,或者升压器天线1203也可以形成于电池1204和芯片1212之间。另外,升压器天线1203、电池1204和芯片1212的面积之比并不限于图7A所示的比例。即,在实施方式2的半导体器件中,升压器天线1203、电池1204和芯片1212之间的位置关系并不限于从横截面中看到的那样。另外,升压器天线1203和电池1204可以贴在一起,或者,升压器天线1203和电池1204可以形成于同一基片上。
另外,如图10A所示,升压器天线1003形成于基片1001之上,升压器天线1003的每一个电容连接端子1005a和1005b都连接到电容1006。芯片1002被贴到基片1001上形成有升压器天线1003的表面一侧,此外,电池1004也可以贴上去。注意到,此时,当电池1004的面积比基片1001的面积小很多时,电池1004和芯片1002可以形成彼此不重叠;然而因为芯片1002中的信号处理电路和电池1004可以很容易地相连,所以电池1004最好被贴到芯片1002上。此外,如图10B所示,芯片1002可以被贴到基片1001上形成升压器天线1003的表面一侧,此外,电池1004可以被贴到相反的表面一侧。
通过使用本发明实施方式2的半导体器件,不再需要更换电池,因为使用了存储电能的电池。另外,因为当接收到的信号较弱时可以将电池的电能提供给信号处理电路,所以通过操作半导体器件就可以进行通信。即,因为可以用弱信号进行通信,所以通信距离可以增大并且可以进行稳定的通信。
此外,因为当接收到的信号很强时电能可以被自动地存储到电池中,所以即使用户没打算进行充电操作,也可以进行充电。不用说,当电池中所存储的电能减小时,用户可以很容易有意地进行充电操作。
此外,因为本发明实施方式2的半导体器件具有升压器天线,所以通信距离可以增大并且可以有效地执行电池的充电。
因为在本发明实施方式2的半导体器件中升压器天线和芯片天线通过电磁耦合方法进行通信,所以不存在因为将芯片贴到半导体器件中的外部连接天线(由该外部连接天线进行发送和接收)而导致的较差的连接。相应地,通过使用本发明实施方式2的半导体器件的结构,半导体器件的生产效率得以提高。
实施方式3
在本实施方式中,参照附图,描述了上述实施方式中所示的半导体器件的制造方法的示例。
首先,在基片601的一个表面之上形成剥离层603,同时绝缘膜602插入其间。接下来,层叠了充当基膜的绝缘膜604以及半导体膜605(比如包括非晶硅的膜)(参照图11A)。注意到,绝缘膜602、剥离层603、绝缘膜604和非晶半导体膜605可以按顺序地形成。
基片601选自:玻璃基片;石英基片;金属基片(比如陶瓷基片或不锈钢基片);像硅基片这样的半导体基片等等。另外,作为塑料基片制成的基片,可以选择聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、丙烯酸等。注意到,剥离层603被设置在基片601的整个表面之上,同时绝缘膜602插入其间;然而,如有需要,在基片601的整个表面上形成剥离层603之后可以通过光刻选择性地设置剥离层603。
通过CVD、溅射等,用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅(SiOxNy)(x>y>0)、或氮氧化硅(SiNxOy)(x>y>0)等绝缘材料,形成绝缘膜602和绝缘膜604。例如,在绝缘膜602和绝缘膜604形成双层结构的情况下,氮氧化硅膜可以形成第一层,氧氮化硅膜可以形成第二层。或者,氮化硅膜可以形成第一层,氧化硅膜可以形成第二层。绝缘膜602充当阻挡层,用于防止杂质元素从基片601混入其上的剥离层603或元件中。绝缘膜604充当阻挡层,用于防止杂质元素从基片601和剥离层603混入剥离层603上所形成的元件中。通过形成充当阻挡层的绝缘膜602和604,可以防止基片601中的碱性金属(比如Na)或碱土金属以及剥离层603中所包括的杂质元素不利地影响剥离层603上所形成的元件。注意到,在石英被用作基片601的情况下,可以忽略绝缘膜602和604。
金属膜、金属膜和金属氧化物膜的层叠结构等都可以被用作剥离层603。金属膜由选自钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)和铱(Ir)的元素构成,或者由以这些元素为主要成分的合金材料或化合物材料构成,并且具有单层结构或叠层结构。另外,这些材料可以通过使用溅射、各种CVD(比如等离子体CVD)等来形成。为了获得金属膜和金属氧化物膜的叠层结构,在上述金属膜形成之后在氧气或N2O气氛中执行等离子体处理或者在氧气或N2O气氛中执行热处理,由此可以在金属膜的表面上形成金属膜的氧化物或氧氮化物。例如,在通过溅射、CVD等提供作为金属膜的钨膜的情况下,对钨膜执行等离子体处理,使得可以在钨膜的表面上形成由钨氧化物形成的金属氧化物膜。在这种情况下,钨氧化物由WOx表示,其中x是2到3。有若干种情况,x是2(WO2),x是2.5(W2O5),x是2.75(W4O11),x是3(WO3)。在形成钨氧化物时,x的值不限于上述示例,由此,将形成何种氧化物可能取决于蚀刻速率。另外,例如,在形成金属膜(比如钨)之后,在金属膜上形成氧化硅(SiO2)等绝缘膜的同时,通过溅射可以在金属膜上形成金属氧化物(比如在钨上形成钨氧化物)。此外,可以执行高密度等离子体处理作为等离子体处理。除了金属氧化物膜以外,可以使用金属氮化物或金属氧氮化物。在这种情况下,可以在氮气的气氛中或氮气和氧气的气氛中对金属膜执行等离子体处理或热处理。
通过溅射、LPCVD、等离子体CVD等,非晶半导体膜605形成厚度25-200nm(较佳地,30-150nm)。
接下来,用激光束照射非晶半导体膜605以使其结晶。注意到,非晶半导体膜605可以通过这样一种方法来结晶,其中激光束照射与使用RTA或退火炉的热结晶相结合或者与使用促进结晶的金属元素的热结晶相结合。之后,所获得的结晶半导体膜被蚀刻成期望的形状以形成结晶半导体膜605a-605f,并且形成了栅极绝缘膜606以覆盖结晶半导体膜605a-605f(参照图11B)。
通过CVD、溅射等,用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅(SiOxNy)(x>y>0)、或氮氧化硅(SiNxOy)(x>y>0)等绝缘材料,形成栅极绝缘膜606。例如,在栅极绝缘膜606形成双层结构的情况下,氮氧化硅膜可以形成第一层,氧氮化硅膜可以形成第二层。或者,氮化硅膜可以形成第一层,氧化硅膜可以形成第二层。
下面简述结晶半导体膜605a-605f的制造步骤的示例。首先,通过等离子体CVD,形成膜厚度为50-60nm的非晶半导体膜。接下来,在非晶半导体膜上涂有包括镍(它是一种促进结晶的金属元素)的溶液之后,通过对非晶半导体膜执行脱氢处理(500℃,1小时)和热结晶处理(550℃,4小时),形成了结晶半导体膜。之后,通过用激光束进行照射且使用光刻,形成了结晶半导体膜605a-605f。注意到,非晶半导体膜也可以仅用激光束照射使其结晶,而不执行使用促进结晶的金属元素的热结晶处理。
作为用于结晶的激光振荡器,可以使用连续波激光束(CW激光束)或脉冲激光束。作为此处可使用的激光束,可以给出从下列气体激光器的一个或多个发射出的激光束:Ar激光器;Kr激光器;或准分子激光器;使用一种特殊介质的激光器,在该介质中将Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种元素作为掺杂剂添加到YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4等单晶或YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4等多晶(陶瓷)中;玻璃激光器;红宝石激光器;翠绿宝石激光器;Ti:蓝宝石激光器;铜蒸气激光器;或金蒸气激光器。通过用这种激光束的基波和基波的二次谐波到四次谐波进行照射,便可以获得具有大颗粒尺寸的晶体。例如,可以使用Nd:YVO4激光器(其基波是1064nm)的二次谐波(532nm)或三次谐波(355nm)。此时,要求激光的能量密度约为0.01~100MW/cm2(较佳地,0.1~10MW/cm2)。通过将扫描速度设定为约10-2000cm/s,来执行照射过程。注意到,通过使用一种将Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm和Ta中的一种或多种元素作为掺杂剂添加到YAG、YVO4、镁橄榄石(Mg2SiO4)、YAlO3或GdVO4等单晶或YAG、Y2O3、YVO4、YAlO3或GdVO4等多晶(陶瓷)中的介质,Ar离子激光器或Ti:蓝宝石激光器可以连续振荡,并且也可以通过执行Q开关操作、锁模等按10MHz或更大的重复速率进行脉冲振荡。当按10MHz或更大的重复速率发射激光束时,在激光束使半导体膜熔化和固化的期间内用下一个脉冲来照射半导体膜。相应地,固体-流体界面可以在半导体膜中连续移动,使得可以获得在扫描方向上连续生长的晶粒,不像使用低重复速率的脉冲激光的情况那样。
另外,通过对半导体膜605a-605f执行上述高密度等离子体处理并且使其表面氧化或氮化,可以形成栅极绝缘膜606。例如,通过在惰性气体(比如He、Ar、Kr或Xe)和氧气、氧化氮(NO2)、氨、氮或氢的混合气体中进行等离子体处理,形成了栅极绝缘膜606。通过在这种情况下引入微波执行等离子体的激发,可以产生具有低电子温度和高密度的等离子体。通过氧基团(有这样的情况,其中包括OH基团)或氮基团(有这样的情况,其中包括NH基团),可以使半导体膜605a-605f的表面氧化或氮化。
通过这种高密度等离子体处理,在半导体膜上形成了1-20nm(通常是5-10nm)的绝缘膜。因为这种情况下的反应是固相反应,绝缘膜和半导体膜之间的界面态密度可能极低。因为这种等离子体处理直接氧化(或氮化)了半导体膜(结晶硅或多晶硅),理想情况下,形成的绝缘膜的厚度变化可能大为减小。另外,因为在结晶硅的晶粒界面处没有强烈执行氧化,所以获得了极佳的状态。即,通过此处所示的等离子体处理使半导体膜的表面发生固相氧化过程,可以形成具有卓越的均匀性和低界面态密度的绝缘膜,同时在晶粒界面处没有异常的氧化反应。
只有通过高密度等离子体处理而形成的绝缘膜才可以被用于栅极绝缘膜,或者通过使用等离子体的CVD或热反应,可以沉积像氧化硅、氧氮化硅、或氮化硅等绝缘膜以便层叠在其上。在任何情况下,在部分或全部栅极绝缘膜中包括通过高密度等离子体处理所形成的绝缘膜的晶体管中,特征变化可以减小。
另外,在一个方向上扫描以使其结晶同时用重复速率为10MHz或更大的连续波激光或激光束对其进行照射的半导体膜605a-605f中,在光束扫描方向上存在像晶体生长这样的特征。通过将扫描方向调节到沟道长度方向(当沟道形成区域形成时载流子流动的方向)来安排晶体管,并且栅极绝缘层与它结合在一起,由此,可以获得特征变化很小且场效应迁移率很高的薄膜晶体管(TFT)。
接下来,第一导电膜和第二导电膜被层叠在栅极绝缘膜606上。此处,通过CVD、溅射等,第一导电膜形成厚度20-100nm。第二导电膜形成厚度100-400nm。第一导电膜和第二导电膜由选自钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、铌(Nb)等之中的元素或以这些元素为主要成分的合金材料或化合物材料构成。或者,第一导电膜和第二导电膜由半导体材料层构成,典型的是掺有杂质元素(比如磷)的多晶硅。作为第一导电膜和第二导电膜的组合的示例,可以给出钽氮化物膜和钨膜、钨氮化物膜和钨膜、钼氮化物膜和钼膜等。因为钨和钽氮化物具有高热电阻,所以在形成第一导电膜和第二导电膜之后可以执行用于热激活的热处理。另外,在三层结构中,可以使用钼膜、铝膜和钼膜的叠层材料。
接下来,通过光刻形成了抗蚀剂掩模,并且通过执行用于形成栅极电极和栅极线的蚀刻,在半导体膜605a-605f上形成了栅极电极607。此处,示出了一个示例,其中第一导电膜607a和第二导电膜607b的叠层结构是作为栅极电极607而提供的。
接下来,通过用栅极电极作掩模,经离子掺杂或离子注入,用低浓度的赋予n型导电性的杂质元素对半导体膜605a-605f进行掺杂,然后,通过光刻选择性地形成抗蚀剂掩模,并且用高浓度的赋予p型导电性的杂质元素对半导体膜605a-605f进行掺杂。作为赋予n型导电性的杂质元素,可以使用磷(P)、砷(As)等。作为赋予p型导电性的杂质元素,可以使用硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)等。此处,磷(P)被用作赋予n型导电性的杂质元素,并且磷被选择性地引入半导体膜605a-605f中,其浓度是1 x 1015~1 x 1019/cm3,从而形成了具有n型导电性的杂质区域608。此外,硼(B)被用作赋予p型导电性的杂质元素,并且硼被选择性地引入半导体膜605c和605e中,其浓度是1 x 1019~1 x 1020/cm3,从而形成了具有p型导电性的杂质区域609(参照图11C)。
接下来,形成栅极绝缘膜以便覆盖半导体膜606和栅极电极607。通过等离子体CVD、溅射等,形成绝缘膜,该绝缘膜具有由包括硅、氧化硅或氮化硅等无机材料的膜以及有机树脂等有机材料的膜所构成的单层结构或叠层结构。接下来,通过基于垂直方向的各向异性蚀刻,选择性地蚀刻绝缘膜以形成绝缘膜610(也被称为侧壁),该绝缘膜与栅极电极607的侧面相接触。当LDD(轻掺杂漏极)区域形成时,绝缘膜610被用作掺杂掩模。
接下来,通过将抗蚀剂掩模(它是通过光刻形成的)以及栅极电极607和绝缘膜610用作掩模,用高浓度的赋予n型导电性的杂质元素对半导体膜605a、605b、605d和605f进行掺杂,并且形成了具有n型导电性的杂质区域611。此处,磷(P)被用作赋予n型导电性的杂质元素,将磷选择性地引入半导体膜605a、605b、605d和605f中,其浓度是1 x 1019~1 x 1020/cm3,从而形成了杂质区域611,其n型杂质元素的浓度高于杂质区域608。
通过上述步骤,形成了n沟道薄膜晶体管600a、600b、600d和600f以及p沟道薄膜晶体管600c和600e(参照图11D)。
在n沟道薄膜晶体管600a中,在半导体膜605a中与栅极电极607重叠的区域形成了沟道形成区域;在半导体膜605a中不与栅极电极607和绝缘膜610重叠的区域形成了用于形成源极区域或漏极区域的杂质区域611;并且在半导体膜605a中与绝缘膜607重叠且位于沟道形成区域和杂质区域611之间的区域中,形成了低浓度杂质区域(LDD区域)。相似的是,在n沟道薄膜晶体管600b、600d和600f中,形成了沟道形成区域、低浓度杂质区域和杂质区域611。
在p沟道薄膜晶体管600c中,在半导体膜605c中与栅极电极607重叠的区域形成了沟道形成区域,并且在半导体膜605a中不与栅极电极607重叠的区域形成了用于构成源极区域或漏极区域的杂质区域609。相似的是,在p沟道薄膜晶体管600e中,形成了沟道形成区域和杂质区域609。注意到,尽管此处p沟道薄膜晶体管600c和600e中没有设置LDD区域,但是LDD区域可以被设置在p沟道薄膜晶体管600c和600e中,或者也可以使用一种在n沟道薄膜晶体管600a、600b、600d和600f中不设置LDD区域的结构。
绝缘膜形成单层结构或叠层结构以便覆盖半导体膜605a-605f以及栅极电极607,并且在该绝缘膜上形成了导电膜613,导电膜613电连接到用于构成薄膜晶体管605a-605f的源极区域或漏极区域的杂质区域609和611(参照图12A)。通过CVD、溅射、SOG、微滴排放方法、丝网印刷方法等,利用氧化硅或氮化硅等无机材料、聚酰亚胺、聚酰胺、苯并环丁烯、丙烯酸或环氧树脂、硅氧烷材料等有机材料,形成具有单层结构或叠层结构的绝缘膜。绝缘膜形成双层结构,氮氧化硅形成第一层绝缘膜612a并且氧氮化硅形成第二层绝缘膜612b。另外,导电膜613可以形成薄膜晶体管605a-605f的源极区域或漏极区域。
注意到,在形成绝缘膜612a和612b之前或者在形成一个或多个绝缘膜612a和612b这样的薄膜之后,可以执行用于恢复半导体膜结晶性的热处理过程、已添加到半导体膜中的杂质元素的激活过程、或半导体膜的氢化过程。热退火、激光退火、RTA等都可以应用于热处理。
导电膜613由选自铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、锰(Mn)和钕(Nd)的元素构成,或者由以这些元素为主要成分的合金材料或化合物材料构成,并且具有单层结构或叠层结构。以铝为主要成分的合金材料对应于一种以铝为主要成分且包括镍的材料,或者对应于一种以铝为主要成分且包括镍以及碳和硅之一或两者都有的合金材料。作为导电膜613,例如,可以使用由阻挡膜、铝硅(Al-Si)膜和阻挡膜构成的叠层结构或由阻挡膜、铝硅(Al-Si)膜、氮化钛膜和阻挡膜构成的叠层结构。注意到,阻挡膜对应于一种由钛、氮化钛、钼、或氮化钼构成的薄膜。因为铝和铝硅具有低电阻值且便宜,所以铝和铝硅适用作构成导电膜613的材料。另外,通过在顶层和底层中设置阻挡膜,可以防止产生铝和铝硅的小丘。此外,通过形成具有钛(此元素具有高还原特性)的阻挡膜,即使当结晶半导体膜上形成薄的自然氧化膜,该自然氧化膜也可以被化学还原并且结晶半导体膜可以具有很好的接触性。
接下来,形成绝缘膜614以覆盖导电膜613,并且导电膜615a和615b(它们电连接到用于构成薄膜晶体管600a-600f的源极区域或漏极区域的导电膜613)形成于绝缘膜614上。另外,形成了导电膜616,导电膜616电连接到用于构成薄膜晶体管600b的源极区域或漏极区域的导电膜613。注意到,导电膜615a和615b以及导电膜616可以通过使用相同的材料在同时形成。导电膜615a和615b以及导电膜616可以用上文针对导电膜613所描述的任何材料构成。
接下来,形成充当天线的导电膜617以便电连接到导电膜616(参照图11B)。
绝缘膜614可以具有单层结构或叠层结构,叠层结构由下列构成:包括氧或氮的绝缘膜,比如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧氮化硅(SiOxNy)(x>y)或氮氧化硅(SiNyOx)(x>y);包括碳的膜,比如DLC(像金刚石的碳);有机材料,比如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯酚、苯并环丁基(benzocyclobutene)、或丙烯酸;或者硅氧烷材料,比如硅氧烷树脂。注意到,硅氧烷材料对应于一种含Si-O-Si键的材料。硅氧烷具有一种带硅氧键的骨架结构。作为取代,使用至少含氢的有机基团(比如烷基或芳香烃),也可以使用氟代基团。或者,作为取代基,可以使用至少含氢的有机基团和氟代基团。
通过使用CVD、溅射、印刷方法(比如丝网印刷方法或凹版印刷方法)、微滴排放方法、分配器方法、金属电镀方法等,形成了导电材料构成的导电膜617。导电材料由选自铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)、铜(Cu)、铂(Pt)、镍(Ni)、钯(Pd)、钽(Ta)和钼(Mo)的元素构成,或者由以这些元素为主要成分的合金材料或化合物材料构成,并且具有单层结构或叠层结构。
例如,在通过丝网印刷方法形成用于充当天线的导电膜617的情况下,通过选择性地印刷导电膏便可以提供导电层617,在导电膏中若干纳米到若干微米的导电粒子溶解或散布在有机树脂中。作为导电粒子,可以使用银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、钽(Ta)、钼(Mo)、钛(Ti)等中的一种或多种,也可以使用卤化银的精细粒子或散布的纳米粒子。另外,作为导电膏中的有机树脂,可以使用选自充当粘合剂、溶剂、散布剂和金属粒子的涂层的各种有机树脂中的一种或多种。通常,作为导电膏中的有机树脂,可以给出像环氧树脂或硅树脂这样的有机树脂。此外,在形成导电膜时,在挤出导电膏之后,最好执行烘烤。例如,在将以银为主要成分的精细粒子(比如粒子尺寸大于或等于1nm且小于或等于100nm)用作导电膏的材料的情况下,通过在150-300℃的温度范围中进行烘烤使其固化,便可以获得导电膜。此外,可以使用以焊料或无铅焊料为主要成分的精细粒子。在这种情况下,较佳地,可以使用其粒子大小为20μm或更小的精细粒子。焊料或无铅焊料具有成本低的优点。
另外,导电膜615a和615b可以充当导线,在随后的步骤中这些导线电连接到本实施方式中的半导体器件中的电池。另外,当形成充当天线的导电膜617时,导电膜可以单独地形成以便电连接到所述导电膜615a和615b,使得导电膜被用作连接到电池的导线。
接下来,在形成绝缘膜618以便覆盖导电膜617之后,包括薄膜晶体管600a-600f的层、导电膜617等(在下文中被称为元件形成层619)从基片601上剥离。此处,用激光束照射(比如UV光)在除了薄膜晶体管600a-600f以外的区域形成了开口部分之后,通过使用物理力,可以从基片601上剥下元件形成层619(参照图12C)。或者,在使元件形成层619从基片601上剥下之前,可以通过将蚀刻剂引入所形成的开口部分中,来选择性地除去剥离层603。包括卤素氟化物或卤间化合物的气体或液体被用作蚀刻剂。例如,氟化氯(ClF3)被用作包括卤素氟化物的气体。然后,元件形成层619处于这样一种状态,它将从基片601上剥离。注意到,剥离层603可以局部保留,而不被完全除去。因此,蚀刻剂的消耗可以被抑制,并且除去剥离层603所必需的处理时间也可以缩短。另外,即使在剥离层603从基片601上剥离之后,元件形成层619也可以保持在基片601上。此外,通过重复利用基片601(元件形成层619正是从其上剥离下来的),成本可以减小。
绝缘膜618可以具有单层结构或叠层结构,叠层结构由下列构成:包括氧或氮的绝缘膜,比如氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧氮化硅(SiOxNy)(x>y)或氮氧化硅(SiNyOx)(x>y);包括碳的膜,比如DLC(像金刚石的碳);有机材料,比如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯酚、苯并环丁基(benzocyclobutene)、或丙烯酸;或者硅氧烷材料,比如硅氧烷树脂。
在本实施方式中,用激光照射在元件形成层619中形成开口部分之后,第一片材620被贴到元件形成层619的一个表面(露出绝缘膜618的表面),然后,元件形成层619从基片601上剥离(参照图13A)。
接下来,通过执行一次或多次热处理和压力处理,将第二片材621贴到元件形成层619的另一个表面(通过剥离而露出的表面)(参照图13B)。作为第一片材620和第二片材621,可以使用热熔膜等。
作为第一片材620和第二片材621,可以使用应用了防静电对策以防止静电等的膜(在下文中被称为防静电膜)。作为防静电膜的示例,可以给出一种将防静电材料散布到树脂中的膜、其上贴有防静电材料的膜等。作为其中设置了防静电材料的膜,可以使用在一个表面上设置防静电材料的膜,或者也可以使用在相反的表面上设置防静电材料的膜。另外,在一个表面(即其中设置了防静电材料的表面)上设置防静电材料的膜可以被贴到元件形成层619上以便处于该膜的内部,或者可以被贴到元件形成层619上以便处于该膜的外部。注意到,防静电材料可以被设置在上述表面的整个表面上或部分表面上。此处,作为防静电材料,可以使用金属、氧化铟锡(ITO)和表面活性剂,比如两性表面活性剂、阳离子表面活性剂、或非离子表面活性剂。或者,作为防静电材料,也可以使用树脂材料,其中包括以羧基和季铵碱为侧链的交联聚合物。通过将这些材料附于上述膜上、将这些材料捏合成膜、或将这些材料应用于该膜,便可以完成防静电膜。通过用防静电膜来密封元件形成层619,当半导体器件作为产品被处理时,可以防止外部的静电等对半导体元件造成不利的影响。
注意到,尽管形成电池时使其连接到导电膜615a和615b,但是也可以在元件形成层619从基片601上剥离之前就将电池连接到导电膜615a和615b(在图12B或图12C的阶段);也可以在元件形成层619从基片601上剥离之后再将电池连接到导电膜615a和615b(在图13A的阶段);或者也可以在用第一片材620和第二片材621密封过元件形成层619之后再将电池连接到导电膜615a和615b(在图13B的阶段)。下面参照图14A、14B、和图15A和15B,描述形成元件形成层619和电池以使它们彼此相连的示例。
在图12B中,在形成用于充当天线的导电膜617的同时,分别形成了电连接到导电膜615a和615b的导电膜631a和631b。接下来,在形成绝缘膜618以便覆盖导电膜617以及导电膜631a和631b之后,在绝缘膜618中形成开口部分632a和632b,使得露出了导电膜631a和631b的表面。然后,用激光照射在元件形成层619中形成开口部分之后,第一片材620被贴到元件形成层619的一个表面(即露出绝缘膜618的表面),然后,元件形成层619从基片601上剥离(参照图14A)。
接下来,在将第二片材621贴到元件形成层619的另一个表面(通过剥离而露出的表面)上之后,元件形成层619从基片601上剥离。相应地,此处,具有弱粘合强度的片材被用作第一片材620。接下来,分别通过开口部分632a和632b,选择性地形成了电连接到导电膜631a和631b的导电膜634a和634b(参照图14B)。
通过使用CVD、溅射、印刷方法(比如丝网印刷方法或凹版印刷方法)、微滴排放方法、分配器方法、金属电镀方法等,形成了导电膜634a和634b。导电材料由选自铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钯(Pd)、钽(Ta)和钼(Mo)的元素构成,或者由以这些元素为主要成分的合金材料或化合物材料构成,并且具有单层结构或叠层结构。
注意到,此处,尽管示出了在元件形成层619从基片601剥离之后再形成导电膜634a和634b的示例,但是也可以在形成导电膜634a和634b之后再使元件形成层619从基片601剥离。
接下来,在基片上形成多个元件的情况下,元件形成层619被切割成各个元件(参照图15A)。通过使用激光照射设备、切割设备、划线设备等,可以执行切割。此处,用激光束照射,分别划分开在一个基片上形成的多个元件。
接下来,划分开的元件电连接到电池的连接端子(参照图15B)。此处,元件形成层619中所设置的导电膜634a和634b被连接到导电膜636a和636b,导电膜636a和636b又分别是电池的连接端子。此处,针对导电膜634a和导电膜636a之间的连接或者导电膜634b和导电膜636b之间的连接,示出了这样一种情况,其中用一种具有粘合特性的材料(比如ACF(各向异性导电膜)或ACF(各向异性导电膏)),通过压力接合,将导电膜634a和导电膜636a或导电膜634b和导电膜636b电连接起来。此处,显示出一个示例,其中通过使用具有粘合特性的树脂637中所包括的导电粒子638,使导电膜634a和导电膜636a或导电膜634b和导电膜636b连接起来。另外,通过使用导电粘合试剂,比如银膏、铜膏、或碳膏、焊料结等,可以使导电膜634a和导电膜636a或导电膜634b和导电膜636b连接起来。
在电池大于各元件的情况下,多个元件形成于一个基片上,如图14A、14B、15A和15B所示那样,并且在划分开之后各元件都连接到电池,使得一个基片上所形成的元件个数可以减小,由此,可以按更低的成本制造出半导体器件。
之后,如上述实施方式所示,电池可以连接到升压器天线。
注意到,本实施方式可以与上述任何实施方式自由组合和实现。
实施方式4
在本实施方式中,参照附图,描述了与上述实施方式所示不相同的半导体器件及其制造方法的示例。
首先,在基片701的表面上形成剥离层703,同时绝缘膜702插入其间。接下来,充当基膜的绝缘膜704和导电膜705被层叠以待形成(参照图16A)。注意到,可以按顺序地形成绝缘膜702、剥离层703、绝缘膜704和导电膜705。
导电膜705由选自钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)和铱(Ir)的元素构成,或者由以这些元素为主要成分的合金材料或化合物材料构成,并且具有单层结构或叠层结构。另外,这些材料可以通过使用溅射、各种CVD(比如等离子体CVD)等来形成。
通过使用上述实施方式所示的基片601、绝缘膜602、剥离层603和绝缘膜604的材料,可以形成基片701、绝缘膜702、剥离层703和绝缘膜704。
接下来,选择性地蚀刻导电膜705以形成导电膜705a-705e,并且层叠绝缘膜706和707以便覆盖导电膜705a-705e(参照图16B)。
通过CVD、溅射等,用氧化硅、氮化硅、氧氮化硅(SiOxNy)(x>y)或氮氧化硅(SiNyOx)(x>y)等绝缘材料,形成绝缘膜706和707。例如,绝缘膜706可以通过使用氮氧化硅来形成,绝缘膜707可以通过使用氧氮化硅来形成。另外,尽管显示出绝缘膜具有双层结构的示例,但是绝缘膜706和707之一可以被提供,或者可以提供具有三层或多层结构的绝缘膜。
接下来,在导电膜705a-705d上,选择性地形成了半导体膜708a-708d。此处,通过溅射、LPCVD、等离子体CVD等在绝缘膜707上形成了厚度为25-200nm(30-150nm更佳)的非晶半导体膜(比如非晶硅膜),并且在非晶半导体膜结晶化之后,选择性地蚀刻非晶半导体膜以形成半导体膜708a-708d。作为半导体膜的材料、结晶方法等,可以使用上述实施方式中所示的材料和方法。另外,绝缘膜706和707以及非晶半导体膜可以按顺序地形成。
注意到,在因导电膜705a-705d而使绝缘膜707的表面具有不均匀性的情况下,最好在绝缘膜707上形成非晶半导体膜之前先使绝缘膜707平整化从而具有一平整的表面。作为平整化处理,可以使用像CMP这样的抛光。通过执行像CMP这样的抛光,可以在绝缘膜707上形成半导体膜,图19示出了经平整化的表面,由此当用半导体膜708a-708d形成各种元件时可以减小对元件特性的不利影响。
接下来,形成栅极绝缘膜709以便覆盖半导体膜708a-708d,并且在半导体膜708a-708c上选择性地形成栅极电极710,然后,将栅极电极710用作掩模从而用杂质元素对半导体膜708a-708d进行掺杂以便形成杂质区域711(参照图16D)。作为杂质元素,掺入了赋予n型导电性或p型导电性的杂质元素。作为赋予n型导电性的杂质元素,可以使用磷(P)、砷(As)等。作为赋予p型导电性的杂质元素,可以使用硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)等。此处,磷(P)被用作赋予n型导电性的杂质元素,并且磷被引入半导体膜708a-708d中,其浓度是1 x1019~1 x 1020/cm3,从而形成了具有n型导电性的杂质区域711。注意到,本发明并不限于此;由此,赋予p型导电性的杂质元素可以被引入半导体膜708a和708d中以形成具有p型导电性的杂质区域711,或者赋予p型导电性的杂质元素可以被选择性地引入半导体膜708a-708d。
通过上述步骤,形成了n沟道薄膜晶体管700a-700c以及充当电容器的元件700d(参照图16D)。
在n沟道薄膜晶体管700a中,在半导体膜708a中与栅极电极710重叠的区域形成了沟道形成区域,并且用于构成源极区域或漏极区域的杂质区域711形成于沟道形成区域附近,它不与栅极电极710重叠。相似的是,在n沟道薄膜晶体管700b和700c中,形成了沟道形成区域和杂质区域711。
在元件700d中,用导电膜705d、绝缘膜706和707以及掺有杂质元素的杂质区域711的半导体膜所构成的叠层结构,形成了电容器。
注意到,此处,尽管示出了提供n沟道薄膜晶体管700a-700c的示例,但是也可以提供p沟道薄膜晶体管,或者如上述实施方式所示可以使用这样一种结构,其中通过提供将要与栅极电极710的侧面相接触的绝缘膜从而在半导体膜708a-708c中提供了轻掺杂漏极区域(LDD区域)。
另外,此处,尽管示出了所形成的导电膜705a-705c大于半导体膜708a-708c的示例(形成导电膜705a-705c以便与各薄膜晶体管700a-700c的沟道形成区域和杂质区域711重叠),但是本发明并不限于此。例如,可以提供导电膜705a-705c以便与各薄膜晶体管700a-700c的杂质区域711的一部分和沟道形成区域的整个表面重叠(参照图19A);可以提供导电膜705a-705c以便与各薄膜晶体管700a-700c的杂质区域711的一部分和沟道形成区域的一部分重叠(参照图19B);或者可以提供导电膜705a-705c以便仅与各薄膜晶体管700a-700c的沟道形成区域的一部分重叠。在以这种方式提供导电膜705a-705c的情况下,通过特别进行像CMP这样的抛光,可使绝缘膜707平整化。
注意到,通过提供导电膜705a-705c,可以防止对薄膜晶体管的破坏;可以防止ESD(静电放电);可以抑制短-沟道效应;可以控制阈值电压;并且可以减小步骤的数目。
即,在包括薄膜晶体管700a-700c的半导体器件中,即使它被弯曲,通过提供导电膜705a-705c以便与薄膜晶体管700a-700c的沟道形成区域或杂质区域711重叠,可以抑制薄膜晶体管700a-700c的沟道形成区域或杂质区域711的弯曲;由此,也可以防止对薄膜晶体管700a-700c的破坏。
此外,在制造半导体器件时,导电膜705a-705c变为电荷的逃逸或扩散区域,使得电荷的局部累积可以减小并且电场集中度可以减小,由此,可以防止ESD。
用薄膜晶体管700a-700c的导电膜705a-705c除去了漏极对源极的不利影响,使得即使沟道长度被缩短时,也可以抑制短-沟道效应。即,可以抑制沟道长度减小所导致的短-沟道效应(即晶体管的阈值电压Vth迅速移动且子阈值区域中的漏电流的上升变得迟缓的现象),这种效应在薄膜晶体管700a-700c小型化的过程中是个问题。
另外,可以用输入到导电膜705a-705c的电位来控制薄膜晶体管700a-700c的阈值电压。
图24B显示出n沟道MOS晶体管的漏极电流与栅极电压的关系图。理想情况下,较佳地,在栅极电压Vg为正的区域中漏极电流Id最好足够大,在栅极电压Vg为0(V)或更小的区域中漏极电流Id最好是0(V)。;然而,实际上,如曲线2404所示,当栅极电压Vg为0(V)时,漏极电流Id泄漏了IL(mA)的量值。尽管每一个晶体管的漏电流不大,但是半导体器件中提供了许多晶体管;由此,通过将每一个晶体管的漏电流加起来,半导体器件的漏电流并不小。这种漏电流将增大该半导体器件的待机功耗。即,这种漏电流将增大电池中所存储的电能的消耗。
当晶体管的沟道区域轻微掺有杂质并且图24B所示曲线2404向右移动时,这种漏电流可以减小。然而,这种情况下,Vg为正的情况下的电流也减小了,由此,问题在于,电路的频率特征恶化了。
为了解决上述问题,在用于形成晶体管的半导体膜的上方和下方,提供了栅极电极。即,当从横截面看晶体管时,半导体膜位于第一栅极电极和第二栅极电极之间。然后,逻辑信号被加到第一栅极电极上,阈值电压控制信号被加到第二栅极电极上,使得用第二栅极电极的电位来改变用于形成半导体器件的晶体管的阈值电压。在本实施方式中,导电膜705a-705c可以被用于薄膜晶体管700a-700c的第二栅极电极。
图24A显示出具有第一栅极电极和第二栅极电极的晶体管的Id-Vg特征。图24A显示出三种曲线2401-2403,曲线2402显示出将正电压加到第二栅极电极上的情况。在这种情况下,曲线向左移动并且更大的电流流动。另外,曲线2401显示出将0(V)电压加到第二栅极电极上的情况。这种情况与常规技术相同。曲线2403显示出将负电压加到第二栅极电极上的情况。这种情况下,曲线向右移动并且电流很难流动,使得漏电流减小了。通过向本实施方式中的半导体器件提供阈值控制功能并且以这种方式移动晶体管的Id-Vg特征曲线,漏电流可以减小。
通过将导电膜705e(它与导电膜705a-705c同时形成)用作天线,导电膜715或导电膜716(在随后的描述中形成)可以省略。
接下来,形成绝缘膜712以便覆盖薄膜晶体管700a-700c和元件700d,在绝缘膜712上形成了导电膜713,导电膜713电连接到用于形成薄膜晶体管700a-700c的源极区域或漏极区域的杂质区域711(参照图17A)。
通过CVD、溅射、SOG、微滴排放方法、丝网印刷方法等,利用氧化硅或氮化硅等无机材料、聚酰亚胺、聚酰胺、苯并环丁烯、丙烯酸或环氧树脂、硅氧烷材料等有机材料,形成具有单层结构或叠层结构的绝缘膜712。
通过使用上述实施方式中所示用于导电膜613的任何材料,可以形成导电膜713。
接下来,形成绝缘膜714以覆盖导电膜713,并且在绝缘膜714上形成了导电膜715,导电膜715电连接到用于形成薄膜晶体管700a-700c的源极区域或漏极区域的导电膜713,然后,形成充当天线的导电膜716以便电连接到导电膜715(参照图17B)。
接下来,在形成绝缘膜717以便覆盖导电膜716之后,包括薄膜晶体管700a-700c、元件700d和导电膜716等的层(在下文中被称为元件形成层720)就从基片701上剥离。作为剥离方法,可以使用上述实施方式中所示的任何方法。
此处,用激光照射在元件形成层720中形成开口部分之后,第一片材718被贴到元件形成层720的一个表面上(即露出绝缘膜717的表面),然后,元件形成层720从基片701上剥离(参照图18A)。
接下来,通过执行热处理和压力处理之一或两者都执行,第二片材719被贴到元件形成层720的另一个表面上(即通过剥离而露出的表面)。作为第一片材718和第二片材719,可以使用热熔化膜等。
通过上述步骤,可以制造出半导体器件(参照图18B)。注意到,在本实施方式中,用于形成电容器的元件700d可以被用作电池。或者,可以与元件700d分开地提供电池。在这种情况下,通过使用上述实施方式中所示的任何方法,可以提供电池。
注意到,本实施方式中所示的半导体器件并不限于此。例如,可以使用这样一种结构,其中在薄膜晶体管700a-700c的下方提供了充当电池或天线的导电膜716。
图20A和20B显示出一个示例,其中在薄膜晶体管700a-700c的下方提供了电池。此处,示出了一个示例,其中提供了导电膜731a以便电连接到导电膜713,导电膜713充当薄膜晶体管700b的源极电极或漏极电极,并且导电膜731a和用于形成电池的连接导线的导电膜733a都连接在元件形成层720的下方(即通过使元件形成层720从基片701上剥离而露出的表面)。另外,此处,示出了一个示例,其中提供了薄膜晶体管以替代用于形成电容器的元件700d,并且提供了导电膜731b以便电连接到导电膜713(它充当上述薄膜晶体管的漏极电极或源极电极),并且导电膜731b和用于形成电池的连接导线的导电膜733b被连接在元件形成层720的下方(即通过使元件形成层720从基片701上剥离而露出的表面)。
在以这种方式提供电池的情况下,在图17A中,在栅极绝缘膜709和绝缘膜712中形成第一开口部分的同时,在绝缘膜706和707、栅极绝缘膜709以及绝缘膜712中形成了第二开口部分,以便露出薄膜晶体管700a-700c的杂质区域711,并且提供了导电膜713以便填充第一开口部分,提供了导电膜731a和731b以便填充第二开口部分。第一开口部分和第二开口部分可以同时形成;在形成第一开口部分的情况下,半导体膜708a-708c充当阻挡物;在形成第二开口部分的情况下,剥离层703充当阻挡物。之后,在如上所述形成了充当天线的导电膜716之后,使元件形成层720从基片701上剥离(参照图20A)。
之后,从基片701上剥离的元件形成层720的露出的表面中所设置的导电膜731a和731b被连接到导电膜733a和733b,导电膜733a和733b分别是基片732上所设置的电池的连接端子。此处,对于导电膜731a和导电膜733a之间的连接或者导电膜731b和导电膜733b之间的连接,示出了这样的情况,其中用ACF(各向异性导电膜)或ACP(各向异性导电膏)这种具有粘合特性的材料,通过压力接合,使导电膜731a和导电膜733a或导电膜731b和导电膜733b电连接起来。此处,示出了一个示例,其中通过使用具有粘合特性的树脂734中的导电粒子735,使导电膜731a和导电膜733a或导电膜731b和导电膜733b连接起来。另外,通过使用导电粘合试剂,比如银膏、铜膏、或碳膏、焊料结等,可以使导电膜731a和导电膜733a或导电膜731b和导电膜733b连接起来。
注意到,在本实施方式中,可以使用这样一种结构,其中在薄膜晶体管700a-700c的下方提供了充当电池和天线的导电膜716。图21A-21B显示出一个示例,其中在薄膜晶体管700a-700c的下方提供了充当电池和天线的导电膜716。
此处,显示出一个示例,其中提供了导电膜731c以便电连接到导电膜713,导电膜713充当薄膜晶体管700c的源极电极或漏极电极,并且导电膜731c和充当天线的导电膜716b都被连接在元件形成层720的下方(通过使元件形成层720从基片701上剥离而露出的表面)。另外,显示出一个示例,其中与图20A-20B相似也提供了电池。
在以这种方式提供电池的情况下,在图17A中,在栅极绝缘膜709和绝缘膜712中形成第一开口部分的同时,在绝缘膜706和707、栅极绝缘膜709以及绝缘膜712中形成了第二开口部分,以便露出薄膜晶体管700a-700c的杂质区域711,并且提供了导电膜713以便填充第一开口部分,提供了导电膜731a-731c以便填充第二开口部分。第一开口部分和第二开口部分可以同时形成;在形成第一开口部分的情况下,半导体膜708a-708c充当阻挡物;在形成第二开口部分的情况下,剥离层703充当阻挡物。之后,在如上所述形成了充当天线的导电膜716之后,使元件形成层720从基片701上剥离(参照图21A)。
之后,从基片701上剥离的元件形成层720的露出的表面中所设置的导电膜731a和731b被连接到导电膜733a和733b,导电膜733a和733b分别是基片732上所设置的电池的连接端子(参照图21B)。另外,从基片701上剥离的元件形成层720的露出的表面中所设置的导电膜731c以及基片736上所设置的充当天线的导电膜716b被连接起来。
在电池或天线大于各元件的情况下(其中提供了薄膜晶体管700a-700c),元件形成层720和电池或天线可能被设置成如图20A-20B和图21A-21B所示那样彼此相连。在使用大于各元件的电池或天线的情况下,多个元件形成于一个基片上,并且在各元件被划分开之后电池或天线以及各元件都彼此相连,由此,可以按更低的成本制造出半导体器件。
实施方式5
在本实施方式中,描述了一种TFT结构,其中向产品提供了芯片(例如,它对应于图6中实施方式1的芯片),比如在一个方向上可弯曲的ID标贴。
图25显示出在ID标贴2502上形成的芯片2501中的TFT中的岛形半导体膜2504的层的顶部平面图。在岛形半导体膜2504中,形成了掺有n型或p型杂质元素的源极区域2505和漏极区域2507以及掺有杂质元素的沟道区域2506。另外,芯片中的TFT的半导体区域中的至少一个被连接到天线2503。
此处,通过相对于源极(S)、沟道(C)和漏极(D)区域的形成方向或半导体膜的晶体生长方向在约90度角的方向上设置ID标贴等的弯曲方向,就可以防止ID标贴弯曲时岛形半导体膜2504产生破裂,由此,TFT可以稳定地工作,而不管如何处理ID标贴。
实施方式6
在本实施方式中,参照附图26A-26E和27A-27D,描述了本发明的半导体器件的应用(比如ID标贴、ID标签、或ID卡)以及应用这种半导体器件的产品示例。
图26A显示出本发明的ID标贴的成品示例。在标贴板2602(单独的纸张)上,形成了多个含芯片2501的ID标贴2502。ID标贴2502被置于盒子2601中。另外,关于产品和服务的信息(比如产品名、品牌名、商标、商标持有人、销售商、或制造商)被写入ID标贴2502,同时针对所含ID芯片设计该产品(或产品类型)所独有的ID号,由此,伪造、侵犯知识产权(比如商标权或专利权)、或不公平的行为(比如不正当的竞争)都可以很容易被人知晓。此外,许多无法被写到产品的容器或标签上的信息(比如生产地区、销售地区、原材料、功效、生产时间、使用时间、过期时间、产品说明、或关于产品的知识产权的信息)都可以被输入到ID芯片中,商家和顾客都可以用简单的读取器来访问这些信息。此外,尽管生产商这一方可以对信息进行重新写入、擦除等操作,但是商家和顾客都不可以对信息进行重新写入、擦除等操作。
图26B示出了含芯片的ID标签2604。通过向产品提供ID标签2604,产品管理将变得很容易。例如,当产品被偷了时,通过跟踪产品的路径,可以很快识别犯罪分子。通过以这种方式提供ID标签2604,可以分布具有卓越的所谓的可跟踪性的产品。
图26C显示出本发明的ID卡2605的成品示例。作为ID卡2605,可以给出任何卡作为示例,比如银行卡、信用卡、预付卡、电子票据、电子钱币、电话卡以及会员卡。
图26D显示出应用本发明的不记名的券2606,且周围具有树脂以保护芯片。此处,使用了在树脂中填充一种填充物的结构。不记名的券2606可以与本发明的ID标贴、ID标签、或ID卡相似地构成。注意到,尽管不记名的券包括邮票、票据、入场券、礼券、书券、固定的券、啤酒券、大米券、各类礼券、各类服务券等,但是本发明并不限于这些。
图26E显示出应用本发明的包装膜2607的成品。芯片2501被嵌入包装膜2607中,且周围具有树脂以保护芯片。此处,使用了在树脂中填充一种填充物的结构。通过在底层上任意散布芯片并且用顶层覆盖该底层,同时两层之间插入了填充层,就可以制造出包装膜2607。包装膜2607被置于盒子2609中,并且用切割器2608切割期望的量就可以使用了。注意到,包装膜2607的材料并不特别限于某一类型。例如,可以使用薄膜树脂、铝箔、纸等。
图27A-27B示出了分别贴有本发明的ID标贴2502的书2701和塑料瓶2702。因为本发明所用的ID标贴极薄,所以即使当书本这种物品配有ID标贴时其功能和设计都不受破坏。另外,对于无线薄膜集成电路器件而言,天线和芯片可以形成于同一基片上,并且无线薄膜集成电路器件可以很容易地直接转移到具有曲面的产品上。
图27C显示出一种情况,其中ID标贴2502被直接贴到新鲜食品比如水果2705上。另外,图27D显示出一个示例,其中蔬菜2704被包装膜包住。注意到,在将ID芯片2501贴到产品上的情况下,ID芯片2501可能会脱落;然而,在用包装膜2703包住产品的情况下,包装膜2703是很难脱落的,使得一些预防犯罪措施的优点得以存在。注意到,本发明的芯片可以应用于除上述产品以外的任何产品。
实施方式7
在本实施方式中,参照附图28A-28B、图29和图30,描述了包括本发明的半导体器件(比如ID标贴或ID标签)的产品的信息管理方法和流程。
首先,参照图28A,描述了顾客在商店内购买产品的情况。含信息(比如产品所独有的信息或生产历史)的ID标贴2502或ID标签被贴到商店内所陈列的产品2801上。通过将R/W 2802(商店内为顾客准备的或顾客自己拥有的)置于产品2801附近从而用R/W的天线部分2803与贴到产品上的ID标贴进行通信,顾客可以读出ID标贴中所包含的信息。
较佳地,通过使用操作按键2805,顾客可以自由地读出信息或选择是否购买产品。另外,读出的信息被设定为显示在R/W的显示部分2804上。作为信息,可以给出价格、消费税、原产国、制造商、进口国、生产时间、产品的过期日、产品的使用方法(即食谱等,若产品是食品的话)等等。此外,若购物时总的购买量也被显示在显示部分2804上,则较为方便。
此外,顾客的R/W2802连接到POS系统2806(销售点;销售时的信息管理系统,在产品被售出时用自动读取器读出该产品上所贴的ID标贴、Id标签等,并且它被直接输入到计算机以执行销售管理、顾客管理、库存控制、或购买控制),使得常规情况在收银处读取条形码的操作不再需要了。
另外,通过将R/W 2802或POS系统2806连接到个体电子钱币账户2807并且自动地取出购物的量值或使用的量值,购物变得无需现金支付,使得客户可以有效地购物。通过个体在现场用电子钱币与R/W进行通信,也可以执行账户的调节。作为这种电子钱币卡,不用说,可以使用根据本发明的ID卡。此外,通过在商店内的网关中提供产品管理之门,可以查看没有输入到R/W或POS系统中的产品(即没有购买的产品),从而可以防止偷窃。
通过应用本发明的半导体器件,不再需要更换电池,因为使用了能存储电能的电池。另外,因为当接收到的信号很弱时可以将电池的电能提供给信号处理电路,所以可以通过操作半导体器件来进行通信。即,因为可以用弱信号进行通信,所以可以增大通信距离,可以进行稳定的通信。此外,因为当接收到的信号很强时电能可以被自动地存储到电池中,所以即使用户没有有意地进行充电操作,也可以进行充电。不用说,当电池中所存储的电能减小时,用户可以很容易地有意地进行充电操作。因此,通过将本发明的半导体器件应用于ID标贴2502,可以很容易地实现一种系统,其中配有传感器和存储器并且产品的状况被存储到存储器中以待管理。例如,管理啤酒的温度信息的系统就作为这样一种系统而被给出。
注意到,关于R/W的形状和功能,本发明并不限于图28A的示例。例如,如图28B所示,使用了个体所拥有的个人数字助理,比如含R/W功能的移动电话2809的主体,并且通过传感器部分2810在显示部分2811上显示了产品2808(含ID标贴或ID标签)的信息。这样,与常规无线标签所提供的信息相比,顾客可以自由地获取丰富的产品信息。
注意到,在本发明的产品包括无线薄膜集成电路器件的情况下,依据产品(比如卡)和读取器/写入器之间的距离以及频率,无线薄膜集成电路器件被分类成紧密射程型、短射程型、邻近型、或长射程型。紧密射程型是通信距离为0-2mm且通信频率为4.92GHz的电磁感应型。短射程型是通信距离约为10cm且通信频率为13.56MHz的电磁感应型。邻近型是通信距离约为70cm且通信频率为13.56MHz的电磁感应型。长射程型是通信距离约为若干米的微波型。
注意到,无线IC是用天线的电磁感应(电磁感应型)、互感(电磁耦合型)、或静电感应(静电耦合型)来提供电能的,该天线是按线圈形状缠绕的,这是无线IC的特征。通过控制该天线的绕组数,可以选择接收到的频率数。例如,增大频率以缩短波长,使得天线的绕组数可以减小。
另外,与接触型薄膜集成电路器件相比,因为无线薄膜集成电路器件不与读取器/写入器接触并且执行无线电能供给和信息通信,所以它不被破坏并且具有高耐用性,还不用在意因静电导致的差错。此外,读取器/写入器自身的结构没有变得复杂,只需要将无线薄膜集成电路器件置于读取器/写入器附近,由此,很容易处理无线薄膜集成电路器件。
此处,简述了含本发明的ID标贴、ID标签等的产品的流程。在图29中,生产商(制造商)2901将包括薄膜集成电路器件的产品提供给销售商(零售商或批发商)2902或顾客2903。销售商2902可以在顾客2903调节账户时向生产商2901提供销售信息,比如通行税信息、已售产品数、或购买时间。另一方面,顾客2903可以提供购买信息,比如个体信息。例如,顾客2903可以用含薄膜集成电路器件的信用卡、个体读取器等,通过互联网向销售商2902和生产商2901提供购买信息。另外,销售商2902用薄膜集成电路器件向顾客2903提供产品信息,并且销售商2902可以获得来自顾客2903的购买信息。此类销售信息和购买信息是宝贵的信息,可用于将来的营销战略。
作为一种提供各类信息的方法,给出了这样一种方法,其中通过计算机或网络向生产商2901、销售商2902、或顾客2903揭示了用销售商2902或顾客2903所拥有的读取器从薄膜集成电路器件中读出的信息。因为通过薄膜集成电路器件可以将各类信息提供给需要这些信息的人,所以本发明的ID标贴或ID标签也可用于商品贸易或商品管理。注意到,该系统也可以应用于这样的情况,其中产品从顾客2903又散布到二手货经销商。
接下来,参照图30,描述了机场安检的情况。行李3001具有含芯片2501的ID标签2604;行李3001在传送装置3007上移动并且穿过读取器/写入器3002,使得芯片2501被天线3003所发射的电磁波3004激活;并且存储器中所包括的信息被转换成信号以待往回发送给读取器/写入器3002。由此,信息可以被计算机3005识别。
另外,ID标贴或ID标签或芯片被附加到计算机3005上,计算机3005连接到数据库3006,其中仅存储了那些恰当(合法)分布到市场上的产品(在下文中被称为正品行货)的信息,由此,行李3001中所包括的产品的信息也可以与数据库3006进行比较。然后,当行李3001包括除正品行货以外的物品时,执行检查,如有需要,可以执行扣押、废弃、或清除等操作。注意到,当行李3001中包括危险物品、枪、剑等禁止携带到飞机上的正品行货时,它也会被计算机检测到;由此,计算机中的软件可以被编程为不使该行李通过安检门。
不用说,当行李3001中包括除正品行货以外的构成不正当行为的物品(比如冒牌货、走私货等)时,该行李也不能通过安检门。因此,可以在边界防止冒牌货流入国内或流向海外。此外,通过在制造危险物品、枪、剑等时强制预先嵌入ID标贴或ID标签,就可以检测到危险物品、枪、剑等,使得本发明可以用于反恐。
实施方式8
本实施方式描述了下列多种连接的结构:其上形成了用于接收信号的天线(在本实施方式中被称为外部天线)的基片、其上形成了用于处理接收到的信号的电路(在本实施方式中被称为第一芯片)的基片以及用于存储所提供的电能的电池这三者之间的连接;以及其上形成了用于接收信号的天线和用于处理信号的电路(在本实施方式中被称为第二芯片)的基片、其中通信信号的频率调谐到第二芯片中所形成的天线(在本实施方式中被称为芯片天线)的频率且通信距离比芯片天线要长的天线(在本实施方式中被称为升压器天线)以及用于存储所提供的电能的电池这三者之间的连接。
首先,描述第一芯片、外部天线和电池之间的连接。
本实施方式的第一连接结构和第二连接结构的每一个都包括在第一芯片反面的电极,并且反面的电极连接到电池和外部天线。
另外,电池包括从第一连接结构中的第一芯片的侧面延伸的电极,并且电池包括在第二连接结构中的一个表面上的电极。
即,在第一连接结构中,如图31A所示,第一芯片9901的第一电极9902连接到从电池9904侧面延伸的电极9905,并且第一芯片9901的第二电极9903连接到其上形成有外部天线的基片9906的电极9907。
在第二连接结构中,如图31D所示,第一芯片9901的第一电极9902连接到在电池9904的一个表面上排列的电极9915,并且第一芯片9901的第二电极9903连接到其上形成外部天线的基片9906的电极9907。
在本实施方式的第三连接结构和第四连接结构中,包括至少两个从第一芯片9901的一个表面连接到该芯片中的电路的电极,并且一个电极从第一芯片9901的一个表面连接到电池,而另一个电极则从第一芯片9901的另一个表面连接到外部天线。
即,在第三连接结构中,如图31B所示,第一芯片9901的第一电极9913连接到从电池9904的侧面延伸的电极9905,并且第一芯片9901的第二电极9912连接到其上形成外部天线的基片9906的电极9907。
在第四结构中,如图31E所示,第一芯片9901的第一电极9913连接到在电池9904的一个表面上排列的电极9915,并且第一芯片9901的第二电极9912连接到其上形成外部天线的基片9906的电极9907。
接下来,描述了第二芯片、升压器天线和电池之间的连接。
在本实施方式的第五连接结构中,如图31C所示,第二芯片9921的电极9922连接到在电池9904的侧面上延伸的电极9905,并且第二芯片9921被安排在其上形成升压器天线的基片9908上。
在本实施方式的第六连接结构中,如图31F所示,第二芯片9921的电极9922连接到在电池9904的一个表面上排列的电极9915,并且第二芯片9921被安排在其上形成升压器天线的基片9908上。
注意到,第一芯片9901的第一电极9902和第二电极9903、第二芯片9921的电极9922、在电池9904的侧面延伸的电极9905、在电池9904的一个表面上排列的电极9915以及其上形成外部天线的基片9906的电极9907都可以包括多个电极。
也注意到,通过将实施方式3的制造方法与实施方式4的制造方法组合起来,就可以实现本实施方式所示的第一芯片9901的第一电极9902和第二电极9903。例如,图14A、14B、15A和15B所示的导电膜634a和导电膜634b可以被用作第一芯片9901的第一电极9902,并且图21A和21B所示的导电膜731a或导电膜731b可以被用作第一芯片9901的第二电极9903。或者,图15A和15B所示的导电膜634a或导电膜634b可以被用作第一芯片9901的第二电极9903,图21A和21B所示的导电膜731a或导电膜731b可以被用作第一芯片9901的第一电极9902。
因此,在第一连接结构、第二连接结构和第三连接结构中,可以很容易地形成电池9904的电极,使得产量可以提高。
在第四连接结构和第五连接结构中,半导体器件的面积不会变得很大,即使它包括其尺寸与其上形成外部天线的基片差不多大的电池,所以该半导体器件可以包括高容量的电池,并且也可以将该半导体器件制造得更小。另外,在第六连接结构中,即使它包括其尺寸与其上形成升压器天线的基片一样大的电池,半导体器件的面积不会变得很大,所以该半导体器件可以包括高容量的电池并且也可以将该半导体器件制造得更小。
本申请基于2006年3月10日提交到日本专利局的日本专利申请2006-066811,其内容引用在此作为参考。

Claims (13)

1.一种半导体器件,包括:
用于存储电能的电能存储装置;
用于无线地接收信号的接收装置;
用于无线地发送信号的发送装置;以及
信号处理装置,用于处理由接收装置接收到的信号并且产生将要提供给发送装置的信号,
其中信号处理装置包括用于产生电压的电压产生装置以及用于控制电能的控制装置;
其中当控制装置处于第一模式时,控制装置将接收装置所接收到的信号的电能提供给电压产生装置和电能存储装置;以及
其中当控制装置处于第二模式时,控制装置将接收装置所接收到的信号的电能以及电能存储装置的电能提供给电压产生装置。
2.一种半导体器件,包括:
用于存储电能的电能存储装置;
用于无线地接收信号的接收装置;
用于无线地发送信号的发送装置;以及
信号处理装置,用于处理由接收装置接收到的信号并且产生将要提供给发送装置的信号,
其中信号处理装置包括用于从接收装置所接收到的信号中获取直流电的电能转换装置、用于产生电压的电压产生装置以及用于控制电能的控制装置;
其中当控制装置处于第一模式时,控制装置将电能转换装置所输出的电能提供给电压产生装置和电能存储装置;以及
其中当控制装置处于第二模式时,控制装置将电能转换装置所输出的电能以及电能存储装置的电能提供给电压产生装置。
3.如权利要求1或2所述的半导体器件,其特征在于,当接收装置所接收到的信号的电压高于电能存储装置所输出的电压时,控制装置处于第一模式,而当接收装置所接收到的信号的电压低于电能存储装置所输出的电压时,控制装置处于第二模式。
4.一种半导体器件,包括:
电池;
天线电路;以及
信号处理电路,用于处理由天线电路接收到的信号并且产生将要提供给天线电路的信号,
其中信号处理电路包括电源供给电路和控制电路;
其中当控制电路处于第一模式时,控制电路将天线电路所接收到的信号的电能提供给电源供给电路和电池;以及
其中当控制电路处于第二模式时,控制电路将天线电路所接收到的信号的电能以及电池的电能提供给电源供给电路。
5.一种半导体器件,包括:
电池;
天线电路;以及
信号处理电路,用于处理由天线电路接收到的信号并且产生将要提供给天线电路的信号,
其中信号处理电路包括对天线电路所接收到的信号进行整流的整流电路、电源供给电路以及控制电路;
其中当控制电路处于第一模式时,控制电路将整流电路所输出的电能提供给电源供给电路和电池;以及
其中当控制电路处于第二模式时,控制电路将整流电路所输出的电能和电池的电能提供给电源供给电路。
6.如权利要求4或5所述的半导体器件,其特征在于,当天线电路所接收到的信号的电压高于电池所输出的电压时,控制电路处于第一模式,而当天线电路所接收到的信号的电压低于电池所输出的电压时,控制电路处于第二模式。
7.如权利要求4或5所述的半导体器件,还包括第二天线电路,安排第二天线电路是为了与所述天线电路互感。
8.如权利要求7所述的半导体器件,其特征在于,第二天线电路的载波频率调谐到所述天线电路的载波频率。
9.如权利要求7所述的半导体器件,其特征在于,所述天线电路包括第一天线和第一电容器,而所述第二天线电路包括第二天线和第二电容器。
10.如权利要求9所述的半导体器件,其特征在于,第一天线和第二天线中的每一个都是通过缠绕导线而获得的线圈。
11.如权利要求10所述的半导体器件,其特征在于,第二天线的线圈的直径大于第一天线的线圈的直径。
12.一种半导体器件,包括:
电池;
天线电路;以及
信号处理电路,用于处理由天线电路接收到的信号并且产生将要提供给天线电路的信号,
其中天线电路通过信号处理电路而电连接到电池,并且
其中信号处理电路包括用于控制由天线电路所接收到的信号的电能以及电池的电能的控制电路。
13.一种操作半导体器件的方法,所述半导体器件包括,
电池,
天线电路,和
信号处理电路,用于处理由天线电路接收到的信号并且产生将要提供给天线电路的信号,
所述方法包括:
通过使用天线电路所接收到的信号的电能,或者通过使用天线电路所接收到的信号的电能和电池的电能,来操作信号处理电路;以及
将接收到的信号的多余电能存储到电池中。
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