CN112930636A - 蓄电装置及蓄电装置的工作方法 - Google Patents

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松崎隆德
上妻宗广
井上广树
田岛亮太
门马洋平
三上真弓
栗城和贵
山崎舜平
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Abstract

提供一种新颖结构的电池控制电路、新颖结构的电池保护电路及包括该电池电路的蓄电装置。提供一种蓄电装置，包括第一电路部、第二电路部、第三电路部及二次电池，其中第一电路部具有控制二次电池的充电的功能，第一电路部具有对第三电路部传送二次电池的充电的开始时刻及结束时刻的功能，第二电路部具有生成第一电压及第一电流并将其供应给第三电路部的功能，第三电路部具有通过对电容器充电第一电流，生成第二电压的功能，并且第三电路部具有对第一电压和第二电压进行比较的功能。

Description

蓄电装置及蓄电装置的工作方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种半导体装置及半导体装置的工作方法。另外，本发明的一个方式涉及电池控制电路、电池保护电路、蓄电装置及电子设备。
本发明的一个方式不限定于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。因此，具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子，可以举出显示装置、发光装置、蓄电装置、摄像装置、存储装置、这些装置的驱动方法或这些装置的制造方法。
背景技术
蓄电装置(也称为电池、二次电池)被应用于小型电子设备、汽车等各种领域。随着电池的应用范围的扩大，利用将多个电池单元串联连接的多单元结构的电池堆叠的应用增多。
蓄电装置具备检测出过放电、过充电、过电流或短路等充放电时的异常的电路。如此，在进行电池的保护及控制的电路中，为了检测出充放电时的异常，取得电压或电流等的数据。另外，在这种电路中，根据被观察的数据，停止充放电或进行单元平衡等控制。
专利文献1公开了被用作电池保护电路的保护IC。在专利文献1所记载的保护IC中，公开了其内部设有多个比较器(Comparator)并对参考电压和连接有电池的端子的电压进行比较来检测出充放电时的异常的结构。
另外，在专利文献2中公开了检测出二次电池的微小短路的电池状态检测装置及内藏它的电池组。
另外，在专利文献3中公开了用来保护串联连接的二次电池单元的组电池的保护用半导体装置。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]美国专利申请公开第2011-267726号说明书
[专利文献2]日本专利申请公开第2010-66161号公报
[专利文献3]日本专利申请公开第2010-220389号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明的一个方式的蓄电装置优选检测出微短路或微短路的预兆而提高二次电池的安全性。
微短路是指二次电池内部的极小的短路，不是由于二次电池的正极和负极之间发生短路而不能进行充放电的状态，而是在极小的短路部分中短时间短路电流流过的现象。微短路的原因被估计为由于进行充放电多次而导致劣化，因此在电池内部析出锂或钴等的金属元素，并且该析出物长大来在正极的一部分和负极的一部分局部发生电流的集中，由此产生隔离体的一部分不工作的部分或产生副反应产物。
为了实现二次电池的小型化，需要减薄隔离体，并且需要以高电压进行高速供电的充电，在上述结构中，二次电池容易发生微短路。
从来，设备的设计者设定所使用的二次电池的上限电压及下限电压来控制外部输出电流的上限。二次电池的下限电压以上且上限电压以下的范围内是推荐使用的电压的范围内，保护电路等不执行其范围内发生的微短路等异常检测。因此，由于微短路反复出现瞬时流过的大电流，有可能导致二次电池的异常发热及发火等的重大的事故。因而优选早期发现微短路。另外，为了减少该危险，对电池有控制充放电的需求。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的电池控制电路、新颖的电池保护电路、蓄电装置及电子设备等。另外，本发明的一个方式的目的之一是实现功耗的减少。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的结构的电池控制电路、电池保护电路、蓄电装置及电子设备等。
另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种检测出二次电池的微短路或微短路的预兆并具有高安全性的蓄电装置。
注意，本发明的一个方式的目的不局限于上述目的。上述列举的目的并不妨碍其他目的的存在。另外，其他目的是上面没有提到而将在下面的记载中进行说明的目的。本领域技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出上面没有提到的目的。注意，本发明的一个方式实现上述目的及/或其他目的中的至少一个目的。
解决技术问题的手段
(1)本发明的一个方式是一种蓄电装置，包括：第一电路部；第二电路部；包括比较器及电容器的第三电路部；以及二次电池，其中第一电路部具有控制二次电池的充电的功能，第一电路部具有对第三电路部传送二次电池的充电的开始的功能，第二电路部具有生成第一电压及第一电流并将其供应给第三电路部的功能，第三电路部具有通过对电容器充电第一电流，生成第二电压的功能，比较器具有对第一电压和第二电压进行比较的功能。
(2)另外，在上述(1)的结构的蓄电装置中，优选的是，第二电路部转换从第一电路部供应的数字信号并生成第一电压，该第一电压为模拟信号。
(3)另外，在上述(1)或(2)的结构的蓄电装置中，优选的是，第三电路部包括晶体管，晶体管的沟道形成区域包含铟、锌及元素M，元素M为铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨及镁中的一个以上的元素，比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个与电容器中的一个电极电连接，比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的另一个与晶体管的源极及漏极中的一个电连接，具有通过使晶体管处于关闭状态来使晶体管的源极及漏极中的一个保持第一电压的功能。
(4)另外，在上述(1)、(2)或(3)的结构的蓄电装置中，优选的是，第三电路部包括第二晶体管，第二晶体管的沟道形成区域包含铟、锌及元素M，元素M为铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨及镁中的一个以上的元素，第二晶体管的源极及漏极中的一个与电容器的一个电极电连接。
(5)另外，本发明的一个方式是一种蓄电装置的工作方法，该蓄电装置包括：第一电路部；第二电路部；第三电路部；以及二次电池，第一电路部具有控制二次电池的充电的功能，该蓄电装置的工作方法包括在第二电路部中生成第一电压及第一电流的第一步骤；将第一电压及第一电流供应给第三电路部的第二步骤；对二次电池供应电流并开始充电的第三步骤；将传送充电的开始的第一信号从第一电路部供应给第三电路部的第四步骤；第三电路部生成对应于从充电的开始时刻的经过时间的第二电压的第五步骤；以及对第一电压和第二电压进行比较的第六步骤。
(6)另外，在上述(5)的蓄电装置中，优选的是，第三电路部包括电容器，在第五步骤中，第三电路部对电容器充电相当于第一电流和经过时间的积的电荷量，作为上述第二电压得到上述电容器的两端的电极的电位差。
(7)另外，根据上述(5)或(6)的工作方法的第一步骤，优选的是，第二电路部转换从第一电路部供应的数字信号并生成第一电压，该第一电压为模拟信号。
(8)另外，根据上述(5)、(6)或(7)的工作方法，优选的是，第三电路部包括比较器及晶体管，比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个与晶体管的源极及漏极中的一个电连接，在第二步骤中，对比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个供应第一电压，在第三步骤至第六步骤中，通过使晶体管处于关闭状态来保持供应给比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个的第一电压，在第五步骤中，对比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的另一个供应第二电压。
(9)另外，根据上述(5)、(6)、(7)或(8)的工作方法，优选的是，第三电路部包括电容器，根据第一信号开始对电容器的第一电流的充电，第二电压对应于电容器的两端的电位差。
(10)或者，本发明的一个方式是一种蓄电装置的工作方法，该蓄电装置包括：第一电路部；第二电路部；第三电路部；温度传感器；以及二次电池，第一电路部包括运算电路及存储器，第一电路部具有控制二次电池的充电的功能，该蓄电装置还包括：对二次电池供应电流且在第一时刻开始第一充电的第一步骤；在第二时刻结束第一充电的第二步骤；将由温度传感器测定的温度、第一时刻及第二时刻供应给存储器的第三步骤；在第一电路部中，使用存储器所储存的温度、第一时刻及第二时刻通过运算电路进行运算而决定第一电压的大小的第四步骤；在第二电路部中，生成通过运算决定大小的第一电压及第一电流的第五步骤；对第三电路部供应第一电压及第一电流的第六步骤；对二次电池供应电流且开始第二充电的第七步骤；将传送第二充电的开始的第一信号从第一电路部供应给第三电路部的第八步骤；第三电路部生成对应于从充电的开始时刻的经过时间的第二电压的第九步骤；对第一电压和第二电压进行比较的第十步骤，第一充电为CC充电，第二充电为CV充电。
另外，根据上述(10)的工作方法，优选的是，第三电路部包括电容器，在第八步骤中，第三电路部对电容器充电相当于第一电流和经过时间的积的电荷量，作为第二电压得到电容器的两端的电极的电位差。
(12)另外，根据上述(10)或(11)的工作方法，优选的是，在第五步骤中，第二电路部转换从第一电路部供应的数字信号并生成第一电压，第一电压为模拟信号。
另外，根据(10)、(11)或(12)的工作方法，优选的是，第三电路部包括比较器及晶体管，比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个与晶体管的源极及漏极中的一个电连接，在第六步骤中，对比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个供应第一电压，在第六步骤至第十步骤中，通过使晶体管处于关闭状态来保持供应给比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个的第一电压，在第九步骤中，对比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的另一个供应第二电压。
发明效果
本发明的一个方式可以提供一种新颖的电池控制电路、新颖的电池保护电路、蓄电装置及电子设备等。另外，本发明的一个方式可以实现功耗的减少。另外，本发明的一个方式可以提供一种新颖的结构的电池控制电路、电池保护电路、蓄电装置及电子设备等。
另外，本发明的一个方式可以提供一种检测出二次电池的微短路或微短路的预兆并具有高安全性的蓄电装置。
注意，本发明的一个方式的效果不局限于上述列举的效果。上述列举的效果并不妨碍其他效果的存在。其他效果是下面记载的在本节中未说明的效果。本领域技术人员可以从说明书或附图等的记载导出并适当地抽出该在本节中未说明的效果。注意，本发明的一个方式至少具有上述列举的效果及/或其他效果中的一个效果。因此，本发明的一个方式有时不具有上述列举的效果。
附图简要说明
图1是说明本发明的一个方式的方框图。
图2A是说明本发明的一个方式的电路图。图2B是说明本发明的一个方式的电路图。
图3是示出本发明的一个方式的工作例子的流程图。
图4A是示出本发明的一个方式的工作例子的时序图。图4B是示出本发明的一个方式的工作例子的时序图。
图5A是说明本发明的一个方式的电路图。图5B是示出本发明的一个方式的工作例子的时序图。
图6A是说明本发明的一个方式的电路图。图6B是说明本发明的一个方式的电路图。
图7是说明本发明的一个方式的电路图。
图8A是说明本发明的一个方式的电路图。图8B是说明本发明的一个方式的电路图。
图9是说明本发明的一个方式的电路图。
图10是说明本发明的一个方式的方框图。
图11A是说明二次电池的充电方法的图。图11B是说明二次电池的充电方法的图。图11C是示出二次电池电压及充电电流的例子的图。
图12A是说明二次电池的充电方法的图。图12B是说明二次电池的充电方法的图。图12C是说明二次电池的充电方法的图。
图13A是示出二次电池电压及充电电流的例子的图。图13B是示出二次电池电压及放电电流的例子的图。
图14是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图15是示出半导体装置的结构例子的截面图。
图16A是示出晶体管的结构例子的截面图。图16B是示出晶体管的结构例子的截面图。图16C是示出晶体管的结构例子的截面图。
图17A是示出存储器的结构例子的方框图。图17B是示出存储单元的一个例子的图。
图18A是示出存储单元阵列的结构例子的图。图18B是示出存储单元的一个例子的图。图18C是示出存储单元的一个例子的图。
图19A是示出存储单元的一个例子的图。图19B是示出存储器的结构例子的图。
图20A是示出电子构件的制造工序的流程图。图20B是电子构件的透视示意图。
图21A是示出二次电池的一个例子的图。图21B是示出二次电池的一个例子的截面图。图21C是示出蓄电系统的一个例子的图。图21D是示出蓄电系统的一个例子的图。
图22A是示出二次电池组的外观的一个例子的图。图22B是说明二次电池组的结构的一个例子的图。图22C是说明二次电池组的结构的一个例子的图。
图23A是说明本发明的一个方式的车辆的图。图23B是说明本发明的一个方式的车辆的图。图23C是说明本发明的一个方式的车辆的图。
图24A是说明本发明的一个方式的电子设备的图。图24B是示出本发明的一个方式的蓄电系统的一个例子的图。
图25A是说明本发明的一个方式的电子设备的图。图25B是说明本发明的一个方式的电子设备的图。图25C是说明本发明的一个方式的电子设备的图。
图26是说明本发明的一个方式的电子设备的图。
图27A是说明本发明的一个方式的电子设备的图。图27B是说明本发明的一个方式的电子设备的图。图27C是说明本发明的一个方式的电子设备的图。图27D是说明本发明的一个方式的电子设备的图。图27E是说明本发明的一个方式的电子设备的图。
图28是说明市场形象的图。
图29A是示出二次电池的充电时间的图。图29B是示出二次电池的充电时间的图。
图30A是示出二次电池的充电时间的图。图30B是示出二次电池的充电时间的图。
图31A是二次电池的充电曲线。图31B是二次电池的充电曲线。图31C是二次电池的充电曲线。
图32是示出二次电池的充电时间的图。
实施发明的方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。但是，实施方式可以以多个不同方式来实施，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。
注意，在本说明书等中，“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加的。因此，该序数词不限制构成要素的个数。此外，该序数词不限制构成要素的顺序。另外，例如，在本说明书等中，一个实施方式中的“第一”所指的构成要素有可能在其他实施方式或权利要求书的范围中被设为“第二”所指的构成要素。此外，例如，在本说明书等中，一个实施方式中的“第一”所指的构成要素有可能在其他实施方式或权利要求书的范围中被省略。
在附图中，有时使用同一附图标记表示同一构成要素、具有相同功能的构成要素、由同一材料形成的构成要素或者同时形成的构成要素等，并且有时省略重复说明。
(实施方式1)
在本实施方式中，示出本发明的一个方式的蓄电装置的一个例子。
图1所示的蓄电装置100包括控制电路101、基准生成电路102、定时器电路103、调节器104、电源105、电阻器131及二次电池121。
控制电路101对基准生成电路102及定时器电路103供应信号。另外，控制电路101具有进行二次电池121的充电的功能。
电阻器131与二次电池121串联电连接。控制电路101优选与电阻器131的两端电连接。控制电路101具有测量流过电阻器131的电流的功能。例如，流过电阻器131的电流和流过二次电池121的电流大致相同。
基准生成电路102根据控制电路101提供的信号对定时器电路103供应基准电压及基准电流(Vref、Iref(Digital))。另外，基准生成电路102具有将被供应的数字信号转换为模拟信号的功能。在控制电路101提供作为数字信号的基准电压及基准电流等的信号的情况下，可以转换为模拟信号并供应给定时器电路103。
定时器电路103具有根据被供应的基准电压及基准电流(Vref、Iref(Analog))测量或监视二次电池121的恒流充电时间及恒压充电时间的功能。定时器电路103可以使用基准生成电路102提供的电流Iref生成下面说明的电流Iss1、电流Iss2及电流Iss3等。
定时器电路103具有保持被供应的模拟信号的功能。另外，具有对被供应的两个以上的模拟信号进行比较的功能。另外，还具有算出对应于被供应的模拟信号的时间的功能。
图2A及图2B示出定时器电路103的结构的一个例子。图2A所示的定时器电路103包括电流供应部191、电容器161及比较器164。电流供应部191包括开关162及恒定电流源163。开关162中的一个电极与接地电位电连接，恒定电流源163中的一个电极与高电位信号Vdd电连接。将比较器164的非反相输入端子称为端子IN1，将输出端子称为端子OUT。在图2A中，端子IN1与电容器161中的一个电极、开关162的另一个电极及恒定电流源163的另一个电极电连接。另外，电容器161中的另一个电极与接地电位电连接。注意，在本实施方式中，也可以使用低电位信号而代替接地电位。
有时将图2A所示的电流源称为拉电流源。
图1、图2A及图2B所示的定时器电路103优选包括OS晶体管。下面将说明OS晶体管。因为定时器电路103包括OS晶体管，可以保持被供应的模拟信号。定时器电路103具有保持信号的功能，可以进行电源门控。将用来电源门控的信号PG从控制电路101供应给基准生成电路102。
图2B示出可以进行电源门控的定时器电路103的结构的一个例子。图2B所示的定时器电路103与图2A的不同之处在于图2B所示的定时器电路103包括存储元件159。比较器164的反相输入端子与晶体管165的源极和漏极中的一个连接。存储元件159包括晶体管165及电容器160。在此，将图2B中的晶体管165的源极和漏极中的一个称为节点ND。通过使晶体管165为OS晶体管且使晶体管165成为关闭状态，可以将供应给反相输入端子的电位储存于节点ND长时间。节点ND优选与电容器160中的一个电极电连接。电容器160中的另一个电极例如与接地电位连接。在晶体管165处于关闭状态的期间中，可以从基准生成电路102对定时器电路103不供应信号。因此，在该期间中，优选对基准生成电路102供应信号PG并进行根据被供应的信号的工作。通过基准生成电路102被供应信号PG，例如遮断基准生成电路102的电源。或者，遮断基准生成电路102的一部分的电源。或者，将供应给基准生成电路102的电压的至少一部分设定为低电位信号，例如为接地信号。由于电源门控，可以使基准生成电路102的耗电流极少。
有时将图2B所示的电流源称为拉电流源。
下面将说明图1所示的调节器104。
另外，在本说明书等中，有时将本发明的一个方式的电池控制电路或包括该电池控制电路的蓄电装置称为BTOS(Battery operating system；电池操作系统，或者Batteryoxide semiconductor；电池氧化物半导体)。BTOS有时可以以低功耗构建系统。BTOS有时可以由简单的电路构建系统。
<充电时间>
本发明的一个方式的蓄电装置优选检测出微短路或微短路的预兆而提高二次电池的安全性。
本发明人发现了在二次电池的充电等时观察到预测微短路的现象之前充电时间变长。作为预测微短路的现象的一个例子可以举出充电电压的急剧的下降。“观察到预测微短路的现象之前”是指例如预测微短路的充电的上一个循环的充电或者上三个循环至上一个循环之间的充电中的至少一个。“充电时间较长”是指例如比二次电池或蓄电装置的出货后或者上十个循环以上的充电时的充电时间长等。
注意，充电时间依赖于二次电池的温度(例如二次电池所包括的温度传感器的温度)及二次电池的使用导致的劣化等，然而例如在参考那种变化原因而考虑充电时间也充电时间意外地变长的情况下，可以判断发生微短路。
因此，在监视二次电池的充电时间且该充电时间比所指定的时间长的情况下，通过例如停止二次电池的工作或限制二次电池的工作，更具体而言，例如使二次电池的电压范围变窄等，可以抑制微短路而提高二次电池的安全性。
关于微短路和充电时间的关系可以考察为如下。在发生微短路时，充电时的电压不容易上升而恒流(Constant current，下面记载为CC)充电的时间变长。另外，在恒压(Constant current下面记载为CV)的充电时，可以估计为由于短路电流流过而充电电流到达下限的时间变长。
与CC充电相比，有时CV充电更明显地受到微短路的影响。
本发明的一个方式的蓄电装置除了检测出微短路之外，还可以进行二次电池的SOH(State of Health，下面也记载为健康状态)的评价。在SOH中以二次电池的新货状态为100时，该二次电池随着劣化而SOH成为比100小。随着二次电池的劣化，有时CV充电的时间变长。例如，观察充电时间并对储存于表(table)等的数据进行比较等可以算出SOH。
下面将说明CC充电及CV充电。
[充放电方法]
二次电池的充放电例如可以如下述那样进行。
首先，作为充电方法的一个说明CC充电。CC充电是指在充电期间的整个期间中使恒定电流流过二次电池，并且在二次电池的电压成为规定电压时停止充电的充电方法。如图11A所示那样，将二次电池假设为内部电阻R与二次电池容量C的等效电路。在此情况下，二次电池电压VB是施加到内部电阻R的电压VR和施加到二次电池容量C的电压VC的总和。
在进行CC充电期间，如图11A所示那样，开关开启，恒定电流I流过二次电池。在此期间，因为电流I恒定，所以施加到内部电阻R的电压VR根据VR＝R×I的欧姆定律而恒定。另一方面，施加到二次电池容量C的电压VC随着时间推移而上升。因此，二次电池电压VB随着时间推移而上升。
并且，当二次电池电压VB成为规定电压，例如4.3V时，停止充电。当停止CC充电时，如图11B所示那样，开关关闭，成为电流I＝0。因此，施加到内部电阻R的电压VR成为0V。因此，二次电池电压VB下降。
图11C示出进行CC充电期间及停止CC充电之后的二次电池电压VB与充电电流的例子。由图11C可知，在进行CC充电期间上升的二次电池电压VB在停止CC充电之后稍微降低。
接着，对与上述不同的充电方法，即CCCV充电进行说明。CCCV充电是指首先进行CC充电而充电到规定电压，然后进行CV充电而充电到流过的电流变少，具体而言，充电到成为终止电流值的充电方法。
在进行CC充电期间，如图12A所示那样，恒流电源的开关开启，恒压电源的开关关闭，因此恒定的电流I流过二次电池。在此期间，因为电流I恒定，所以施加到内部电阻R的电压VR根据VR＝R×I的欧姆定律而恒定。另一方面，施加到二次电池容量C的电压VC随着时间推移而上升。因此，二次电池电压VB随着时间推移而上升。
并且，当二次电池电压VB成为规定电压，例如4.3V时，从CC充电切换为CV充电。在进行CV充电期间，如图12B所示那样，恒流电源的开关开启，恒压电源的开关关闭，因此二次电池电压VB为恒定。另一方面，施加到二次电池容量C的电压VC随着时间推移而上升。因为满足VB＝VR+VC，所以施加到内部电阻R的电压VR随着时间推移而变小。随着施加到内部电阻R的电压VR变小，流过二次电池的电流I根据VR＝R×I的欧姆定律而变小。
并且，当流过二次电池的电流I成为规定电流，例如相当于0.01C的电流时，停止充电。当停止CCCV充电时，如图12C所示那样，所有开关关闭，成为电流I＝0。因此，施加到内部电阻R的电压VR成为0V。但是，因为通过CV充电充分地降低了施加到内部电阻R的电压VR，所以即使内部电阻R的电压不下降，二次电池电压VB也几乎不下降。
图13A示出进行CCCV充电期间及停止CCCV充电之后的二次电池电压VB与充电电流的例子。由图13A可知，二次电池电压VB即使在停止CCCV充电之后也几乎不下降。
接着，说明放电方法之一的CC放电。CC放电是指在放电期间的整个期间中从二次电池放出恒定电流，并且在二次电池电压VB成为规定电压，例如2.5V时，停止放电的放电方法。
图13B示出进行CC放电期间的二次电池电压VB与放电电流的例子。从图13B可知，二次电池电压VB随着放电的进展而下降。
在此，对放电率及充电率进行说明。放电率是指放电时的电流相对于电池容量的比率，并且由单位C表示。在额定容量X(Ah)的电池中，相当于1C的电流是X(A)。在以2X(A)的电流放电的情况下，可以说以2C放电，并且在以X/5(A)的电流放电的情况下，可以说以0.2C放电。另外，充电率也是同样的，在以2X(A)的电流充电的情况下，可以说以2C充电，并且在以X/5(A)的电流充电的情况下，可以说以0.2C充电。
<蓄电装置的工作例子>
图3示出本发明的一个方式的蓄电装置的工作的一个例子的流程图。另外，图4A及图4B示出表示信号RESET、端子IN1及端子OUT的状态的时序图的一个例子。在图4A及图4B中，将高电位信号记载为Hi，将低电位信号记载为Lo。
首先，在步骤S000中开始处理。
接着，在步骤S001中选择充电模式。例如，选择CC充电和CV充电中的一个。
接着，在步骤S002中设定充电的基准时间。在充电模式为CC充电的情况下设定恒流充电的基准时间tc，在为CV充电的情况下设定恒压充电的基准时间tv。更具体而言，例如从基准生成电路102对定时器电路103供应对应于设定了的基准时间的电压Vref1及电流Iss1。将电压Vref1供应给比较器164的反相输入端子，将电流Iss1供应给恒定电流源163。
对应于充电时间的电压及电流可以如下述那样得到。将电容器161的电容值设定为电容值Ca1。电流Iss1和时间tr的积相等于电容值Ca1和电压Vref1的积。通过利用该关系，以充电时间tr成为所希望的值的方式决定电流Iss1及电压Vref1。
基准时间是例如对被估计的充电时间加上某一定的余地的值。基准时间tc及基准时间tv例如既可以使用预先决定的值，又可以使用对上次充电时测量的充电时间加上规定时间的值。基准时间tc及基准时间tv例如可以储存于桌子。桌子包括例如易失性存储器及非易失性存储器中的一个或两个。作为存储器可以使用下面说明的DOSRAM、NOSRAM等。
例如可以根据充电开始时的二次电池的电压决定基准时间tc的值。依赖于二次电池的剩余容量SOC(State of charge；荷电状态)，充电开始时的电压变化。桌子优选储存根据充电开始时的电压的基准时间tc。作为充电开始电压例如举出充电开始之后经过某一定的时间，例如几秒后的电压。
例如，充电时间依赖于二次电池的温度Tb，因此例如桌子优选储存对应于温度的基准时间。桌子例如储存几个条件，在此作为例子储存对应于三种温度的基准时间，并且至于储存于桌子的温度之外的基准时间，可以是使用储存于桌子的值由控制电路101等所包括的运算电路而得到的。
将温度Tb的依赖性、剩余容量SOC的依赖性设定为某个系数并且可以将上次充电时测量的充电时间乘以该系数的值被用作基准时间。
此外，也可以使用温度Tb、被实测的CC充电的时间而算出基准时间tv。
另外，由于内部电阻有时二次电池的电压上升(或者下降)。电压的上升量(或者下降量)依赖于内部电阻及电流密度。通过作为二次电池的电压使用开路电压(Open circuitvoltage：OCV)，有时能够抑制内部电阻的影响。因此，作为二次电池的充电开始时的电压可以使用OCV。或者，优选使用规定的电流密度时的电压。或者，当算出基准时间时优选考量由于电流密度的电压的上升量。
接着，在步骤S003中进行复位工作(图4A及图4B的时刻t1)。具体而言，从控制电路101对定时器电路103供应信号RESET。例如，如图4A及图4B所示那样，被供应高电位信号。定时器电路103通过被供应信号RESET，开关162成为开启状态。通过开关162成为开启状态，端子IN被供应接地电位。
在步骤S004中，开始充电且开关162成为关闭状态，开始充电时间tb的测量(图4A及图4B的时刻t2)。在开始充电时，例如，信号RESET成为低电位且开关162成为关闭状态。注意，在此通过在定时器电路103中测量端子IN1的电压来得到充电时间。就是说，在步骤S004中，进行端子IN1的电压(以下，电压Vin)的测量即可。
接着，在步骤S005中，在电压Vin超过电压Vref1的情况下(图4B的时刻t4)进入步骤S006，在电压Vin不超过电压Vref1的情况下进入步骤S008。在此，电压Vin超过电压Vref1相当于充电时间比已设定的充电的基准时间更长。在电压Vin超过电压Vref1的情况下，从比较器164的输出端子OUT例如输出高电位信号，在电压Vin不超过电压Vref1的情况下，从比较器164的输出端子OUT输出反极性的信号，在此例如低电位信号Lo。
接着，在步骤S006中，蓄电装置100向使用者发出警告。警告例如可以显示在蓄电装置100所包括的显示部上，或者从蓄电装置100所包括的扬声器发出警告音。注意，在步骤S006中，开关162例如依然处于关闭状态，也可以成为开启状态。
或者，在步骤S006中，蓄电装置100可以停止二次电池121的充电。
在步骤S008中，判断是否结束现在的充电模式。该判断例如由控制电路101进行。在结束现在的充电模式的情况下进入步骤S009，在不结束现在的充电模式的情况下回到步骤S004。
在步骤S009中，信号RESET从控制电路101供应给定时器电路103，开关162成为开启状态且进行复位工作(图4A的时刻t3)。
接着，在步骤S010中，在以不同的充电模式继续进行充电的情况下回到步骤S002，在不继续进行充电的情况下进入步骤S099。
在步骤S099中，结束处理。
<调节器>
如图1所示那样，蓄电装置100优选包括调节器104。调节器104例如具有根据被供应的信号输出所希望的电压的功能。另外，调节器104优选具有使被供应的电压下降或上升的功能。
对图1所示的调节器104进行说明。调节器104是降压型功率级。调节器104包括晶体管152、晶体管153及线圈156。晶体管152的源极及漏极中的一个与二次电池121的负极及电源的负极电连接。晶体管153的源极及漏极中的一个与电源的正极电连接。晶体管152的源极及漏极中的另一个与晶体管153的源极及漏极中的另一个电连接。线圈156中的一个电极经过电阻器131与二次电池121的正极电连接。线圈156中的另一个电极与晶体管152的源极及漏极中的另一个电极电连接。晶体管152及晶体管153的栅电极分别被供应来自控制电路101的信号。
<定时器电路的变形例子>
参照图5至图9对定时器电路103的变形例子进行说明。
图5A所示的定时器电路103包括电流供应部192而代替图2A所示的电流供应部191。电流供应部192包括开关162及恒定电流源163。开关162中的一个电极与高电位信号Vref2电连接，恒定电流源163中的一个电极与接地电位电连接。开关162中的另一个电极及恒定电流源163中的另一个电极与电容器161的一个电极电连接。此外，在图5A中，电容器161的一个电极与被用作比较器164的反相输入端子的端子IN2电连接。比较器164的非反相输入端子经过存储元件159被供应电压Vref11。
在图5B中示出表示图5A所示的定时器电路103中的信号RESET、端子IN2及端子OUT的状态的时序图的一个例子。在时刻t1，信号RESET被供应给开关162且对端子IN2供应高电位信号Vref2。在时刻t2开始充电。在图5A所示的定时器电路103中，随着电流流过恒定电流源163，端子IN2的电压逐渐降低。
在时刻t4，在端子IN2的电压低于电压Vref11，即充电时间比充电的基准时间长时，从端子OUT输出高电位信号。在图5B中，将高电位信号记载为Hi，将低电位信号记载为Lo。
图6A所示的定时器电路103除了图2A所示的定时器电路103之外还包括计数器106。计数器106被供应信号RESET，并且由于信号RESET例如复位计数。比较器164的端子OUT输入到计数器106。在计数器106被供应来自端子OUT的信号(例如高电位信号)时，计数器106的计数加1(向上计数)。另外，由于来自端子OUT的高电位信号，开关166成为开启状态且电容器161的电压成为接地电位。定时器电路103包括计数器106，可以从被用作定时器电路103的输出端子的端子OUT2输出对应于二次电池的充电时间的计数。
图6B所示的定时器电路103具有电流供应部192代替图6A所示的定时器电路103中的电流供应部191的结构。
图7所示的定时器电路103包括电流供应部193、电容器161、比较器171、比较器172、计数器106、NAND电路178及NAND电路179。
电流供应部193包括开关162、恒定电流源167、开关168、开关169及恒定电流源170。恒定电流源167、开关168、开关169及恒定电流源170按恒定电流源167、开关168、开关169和恒定电流源170的顺序串联电连接，并且恒定电流源167中的不与开关168电连接的电极与接地电位电连接，恒定电流源170中的不与开关169电连接的电极与高电位信号Vdd电连接。开关162中的一个电极与高电位信号Vdd电连接，开关162中的另一个电极与开关169、开关168及电容器161的每一个电极电连接。
电容器161中的一个电极与比较器171的非反相输入端子及比较器172的反相输入端子电连接。比较器171的反相输入端子被供应电压Vref1，比较器172的非反相输入端子被供应高电位信号Vref2。注意，如图7所示那样，电压Vref1及高电位信号Vref2可以分别经过存储元件159供应给比较器的端子。NAND电路178的第一输入被供应比较器171的输出信号，第二输入被供应NAND电路179的输出。NAND电路179的第一输入被供应比较器172的输出信号，第二输入被供应NAND电路178的输出。NAND电路179的输出输入到计数器106。从计数器106的端子OUT2输出计数。
图7示出定时器电路103的工作的一个例子。信号QB是与信号Q的反相的信号。
在作为信号RESET被供应高电位信号的情况下，开关162成为开启状态，并且电容器161被供应高电位信号Vdd。另外，由于信号RESET使计数器106复位。
接着，作为信号RESET被供应低电位信号，并且开关162成为关闭状态。
在信号Q是高电位的情况下，开关168成为开启状态，开关169成为关闭状态，电容器161与恒定电流源167电连接，恒定电流源167与接地电位电连接，因此电容器161的电压逐渐降低。在电容器161的电压低于Vref1时从比较器171输出低电位信号，信号Q和信号QB的信号反转而信号QB成为高电位。
在信号QB成为高电位的情况下，开关169成为开启状态，开关168成为关闭状态，电容器161与恒定电流源170电连接，恒定电流源170与高电位信号Vdd电连接，因此电容器161的电压逐渐上升。在电容器161的电压高于高电位信号Vref2时从比较器172输出低电位信号，信号Q和信号QB的信号反转而信号Q成为高电位。供应给计数器106的信号Q再成为高电位，因此计数器106的计数加1。
如此，作为电流源组合拉电流源和灌电流源，在电压Vref1至高电位信号Vref2的范围内电容器161的电压反复地交替增加和减少，因此供应给计数器106的信号反复地交替高电位和低电位而振荡。
图8A示出可用于电流供应部192的具体例子。电流供应部192包括恒定电流源173、电容器174及晶体管181至晶体管184。恒定电流源173中的一个电极与高电位信号Vdd电连接，恒定电流源173中的另一个电极与晶体管181的源极及漏极中的一个及栅极电连接，晶体管181的源极及漏极中的另一个与接地电位电连接，晶体管182的源极及漏极中的一个与晶体管181的栅极电连接，晶体管182的源极及漏极中的另一个与晶体管183的栅极及电容器174中的一个电极电连接，电容器174中的另一个电极与接地电位电连接，晶体管182的栅极及晶体管184的栅极分别被供应信号RESET，晶体管183的源极及漏极中的一个与接地电位电连接，晶体管183的源极及漏极中的另一个与晶体管184的源极及漏极中的一个及电容器161中的一个电极电连接，晶体管184的源极及漏极中的另一个被供应高电位信号Vdd。
对图8A所示的电路的工作的一个例子进行说明。在图8A中，在作为信号RESET被供应高电位信号的情况下，晶体管181、晶体管182、晶体管183及晶体管184成为开启状态，对应于流过恒定电流源173的电流Iref的电流Iss1流过晶体管183及晶体管184。电流Iref和电流Iss1的比根据晶体管181和晶体管183的尺寸的比(沟道长度的倒数、沟道宽度等)变化。由于流过晶体管182的电流，在电容器174中储存电荷。由于电流Iss1，在电容器161中储存电荷。
接着，在作为信号RESET被供应低电位信号的情况下，晶体管181、晶体管182及晶体管184成为关闭状态，对晶体管183的栅极被施加对应于储存在电容器174中的电荷的电压而晶体管183成为开启状态。储存在电容器161中的电荷流过晶体管183，电容器161的电压逐渐降低。
图8B示出可用于电流供应部191的具体例子。电流供应部191包括恒定电流源173、电容器175、晶体管181及晶体管185至晶体管190。恒定电流源173中的一个电极被供应高电位信号Vdd，恒定电流源173中的另一个电极与晶体管181的源极及漏极中的一个、栅极及晶体管185的源极及漏极中的一个电连接，晶体管185的源极及漏极中的另一个与接地电位电连接，晶体管186的源极及漏极中的一个被供应高电位信号Vref3，晶体管186的源极及漏极中的另一个与电容器175中的一个电极及晶体管188的栅极电连接，晶体管188的源极及漏极中的一个被供应高电位信号Vdd，晶体管188的源极及漏极中的另一个与晶体管187的源极及漏极的一个及晶体管190的源极及漏极中的一个电连接，晶体管187的源极及漏极中的另一个与接地电位电连接，晶体管188的源极及漏极中的另一个与电容器175中的另一个电极电连接，晶体管190的源极及漏极中的另一个与电容器161中的一个电极电连接。将信号RESET供应给晶体管186的栅极，将信号RESETB供应给晶体管185的栅极及晶体管190的栅极。
信号RESETB是信号RESET的反相的信号。反相的信号是指例如在从一个信号输出高电位信号的情况下，从另一个信号输出低电位信号。
对图8B所示的电路的工作的一个例子进行说明。在图8B中，在作为信号RESET被供应高电位信号的情况下，晶体管188的栅极被供应电压Vref3，晶体管181、晶体管187及晶体管188成为开启状态，对应于流过恒定电流源173的电流Iref的电流Iss1流过晶体管188及晶体管187。电流Iref和电流Iss1的比根据晶体管181和晶体管187的比变化。
接着，在作为信号RESET供应低电位信号的情况下，晶体管186成为关闭状态，在晶体管188的栅极中保持对应于储存在电容器175中的电荷的电压而晶体管188成为开启状态。另外，晶体管190成为开启状态，并且晶体管187成为关闭状态。因此，对电容器161施加流过晶体管188的电流Iss1，电容器161的电压逐渐上升。
在图8A及图8B中，在作为信号RESET被供应低电位信号的期间不必要从恒定电流源173供应电流，因此可以停止恒定电流源173。因而，在作为信号RESET被供应低电位信号的期间可以进行基准生成电路102的电源门控。
OS晶体管可以降低关态电流，因此也可以使用高值至低值的较广范围的通态电流。因为也可以控制低值的通态电流，所以有时作为通态电流例如可以使用10-10A/μm以下的电流。因此，通过作为图8A的晶体管183及晶体管184及图8B的晶体管187及188使用OS晶体管，可以减少电容器161的电容值，例如可以减少电容器161的面积。因而能够实现电路的缩小。
作为晶体管181至晶体管188及晶体管190可以使用OS晶体管。
OS晶体管的由于温度变化导致的阈值的变化小，例如有时将OS晶体管适当地用于如二次电池那样的温度范围较广的装置。
图9示出可用于电流供应部193的具体例子。电流供应部193具有组合图8A所示的电流供应源和图8B所示的电流供应源的结构。
在电流供应部193中，关于恒定电流源173、晶体管181、晶体管182、电容器174及晶体管183的每一个的电连接可以参照图8A。关于晶体管186、电容器175、晶体管188的每一个的电连接可以参照图8B。晶体管194的栅极被供应信号RESET，晶体管194的源极及漏极中的一个与晶体管183的源极及漏极中的另一个及晶体管195的源极及漏极中的一个电连接，晶体管194的源极及漏极中的另一个与晶体管196的源极和漏极中的一个及晶体管188的源极及漏极中的另一个电极电连接。晶体管195的栅极被供应信号Q，晶体管196的栅极被供应信号QB。晶体管190的栅极被供应信号RESETB，晶体管190的源极及漏极中的一个与晶体管195的源极及漏极中的另一个及晶体管196的源极及漏极中的另一个电连接，晶体管190的源极及漏极中的另一个与晶体管197的源极及漏极中的一个及电容器161中的一个电极电连接。晶体管197的源极及漏极中的另一个被供应电压Vref1。晶体管197的栅极被供应信号RESET。
<蓄电装置的变形例子>
图10所示的蓄电装置100除了图1所示的结构之外还包括保护电路137、晶体管140及晶体管150。
保护电路137优选与控制电路101电连接并与控制电路101进行信号的接收。
保护电路137具有在二次电池121满足被设定的某种条件的情况下停止二次电池的工作的功能。例如，在二次电池121的电流超过某值的情况下，停止其工作。此外，例如在二次电池121的电压成为某值以上或某值以下的情况下，停止其工作。
保护电路137可以具有在停止二次电池121的工作时使二次电池121的两极短路的路径。该路径也可以设有电阻器或电容器。图10所示的晶体管140及晶体管150被用作遮断电流的开关，并且在判断保护电路137停止二次电池121时使开关工作。作为晶体管140及晶体管150可以使用具有寄生二极管的MOSFET。另外，作为晶体管140及晶体管150可以使用OS晶体管。或者，蓄电装置100也可以采用不包括晶体管140及晶体管150中的一个的结构。
例如，可以在同一个芯片中设置保护电路137及定时器电路103。“同一个芯片中”是指例如在同一个硅衬底上或同一个玻璃衬底上设置两个电路的结构。
或者，例如可以在同一个封装中设置保护电路137及定时器电路103。“同一个封装中”是指例如在同一个印刷电路板上设置包括保护电路137的芯片及包括定时器电路103的芯片的结构。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式2)
对可用于在上述实施方式中说明的电池控制电路的半导体装置的结构例子进行说明。
图14所示的半导体装置包括晶体管300、晶体管500及电容器600。图16A是晶体管500的沟道长度方向上的截面图，图16B是晶体管500的沟道宽度方向上的截面图，图16C是晶体管300的沟道宽度方向上的截面图。
晶体管500为OS晶体管。由于晶体管500的关态电流小，所以通过将该晶体管500用于半导体装置所包括的OS晶体管，可以长期间保持被写入的数据。
晶体管500例如为n沟道型晶体管。
作为本发明的一个方式的蓄电装置所包括的晶体管可以使用OS晶体管。另外，可以任意组合并使用OS晶体管和Si晶体管。另外，所有晶体管可以采用OS晶体管或Si晶体管。作为Si晶体管，可以举出含有非晶硅的晶体管、含有结晶性的硅(典型为低温多晶硅、单晶硅等)的晶体管等。
OS晶体管的关态电流极低且具有即使在高温环境下也其开关特性良好的特性。因此，即使在高温环境下也没有误动作地控制对组电池120的充电或放电。
另外，使用OS晶体管的存储元件可以层叠在使用Si晶体管的电路上等而能够自由地配置，因此可以容易进行集成化。另外，通过使用与Si晶体管相同的制造装置可以制造OS晶体管，由此能够以低成本制造。
另外，作为OS晶体管可以采用除了栅电极、源电极及漏电极之外，还包括背栅电极的4端子的半导体元件。由根据供应给栅电极或背栅电极的电压可以独立地控制源极与漏极之间的信号的输入输出的电路网络构成。因此，可以与LSI同样地进行电路设计。再者，OS晶体管具有在高温环境下比Si晶体管优越的电特性。具体而言，即使在100℃以上且200℃以下，优选在125℃以上且150℃以下等高温下也因为通态电流与关态电流的比大，所以可以进行良好的开关工作。
如图14所示，本实施方式所说明的半导体装置包括晶体管300、晶体管500及电容器600。晶体管500设置在晶体管300的上方，电容器600设置在晶体管300及晶体管500的上方。
晶体管300设置在衬底311上，并包括：导电体316；绝缘体315；由衬底311的一部分构成的半导体区域313；以及被用作源区域或漏区域的低电阻区域314a及低电阻区域314b。例如，晶体管300可以应用于上述实施方式中的比较器所包括的晶体管等。
如图16C所示，在晶体管300中，导电体316隔着绝缘体315覆盖半导体区域313的顶面及沟道宽度方向的侧面。如此，通过使晶体管300具有Fin型结构，实效上的沟道宽度增加，从而可以改善晶体管300的通态特性。此外，由于可以增加栅电极的电场的影响，所以可以改善晶体管300的关态特性。
另外，晶体管300可以为p沟道晶体管或n沟道晶体管。
半导体区域313的沟道形成区域或其附近的区域、被用作源区域或漏区域的低电阻区域314a及低电阻区域314b等优选包含硅类半导体等半导体，更优选包含单晶硅。此外，也可以使用包含Ge(锗)、SiGe(硅锗)、GaAs(砷化镓)、GaAlAs(镓铝砷)等的材料形成。可以使用对晶格施加应力，改变晶面间距而控制有效质量的硅。此外，晶体管300也可以是使用GaAs和GaAlAs等的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)。
在低电阻区域314a及低电阻区域314b中，除了应用于半导体区域313的半导体材料之外，还包含砷、磷等赋予n型导电性的元素或硼等赋予p型导电性的元素。
作为被用作栅电极的导电体316，可以使用包含砷、磷等赋予n型导电性的元素或硼等赋予p型导电性的元素的硅等半导体材料、金属材料、合金材料或金属氧化物材料等导电材料。
此外，由于导电体的材料决定功函数，所以通过选择导电体的材料，可以调整晶体管的阈值电压。具体而言，作为导电体优选使用氮化钛或氮化钽等材料。为了兼具导电性和埋入性，作为导电体优选使用钨或铝等金属材料的叠层，尤其在耐热性方面上优选使用钨。
注意，图14所示的晶体管300的结构只是一个例子，不局限于上述结构，根据电路结构或驱动方法使用适当的晶体管即可。例如，当只由OS晶体管构成半导体装置时，如图15所示，使晶体管300具有与使用氧化物半导体的晶体管500同样的结构，即可。另外，下面描述晶体管500的详细内容。
以覆盖晶体管300的方式依次层叠有绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326。
作为绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326，例如可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧氮化铝、氮氧化铝及氮化铝等。
注意，在本说明书中，氧氮化硅是指在其组成中氧含量多于氮含量的材料，而氮氧化硅是指在其组成中氮含量多于氧含量的材料。注意，在本说明书中，氧氮化铝是指氧含量多于氮含量的材料，“氮氧化铝”是指氮含量多于氧含量的材料。
绝缘体322也可以被用作用来减少因设置在其下方的晶体管300等而产生的台阶平坦化的平坦化膜。例如，为了提高绝缘体322的顶面的平坦性，其顶面也可以通过利用化学机械抛光(CMP)法等的平坦化处理被平坦化。
作为绝缘体324，优选使用能够防止氢或杂质从衬底311或晶体管300等扩散到设置有晶体管500的区域中的具有阻挡性的膜。
作为对氢具有阻挡性的膜的一个例子，例如可以使用通过CVD法形成的氮化硅。在此，有时氢扩散到晶体管500等具有氧化物半导体的半导体元件中，导致该半导体元件的特性下降。因此，优选在晶体管500与晶体管300之间设置抑制氢的扩散的膜。具体而言，抑制氢的扩散的膜是指氢的脱离量少的膜。
氢的脱离量例如可以利用热脱附谱分析法(TDS)等测量。例如，在TDS分析中的膜表面温度为50℃至500℃的范围内，当将换算为氢原子的脱离量换算为绝缘体324的每单位面积的量时，绝缘体324中的氢的脱离量为10×1015atoms/cm2以下，优选为5×1015atoms/cm2以下，即可。
注意，绝缘体326的介电常数优选比绝缘体324低。例如，绝缘体326的相对介电常数优选低于4，更优选低于3。例如，绝缘体326的相对介电常数优选为绝缘体324的相对介电常数的0.7倍以下，更优选为0.6倍以下。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。
此外，在绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326中埋入有与电容器600或晶体管500连接的导电体328、导电体330等。此外，导电体328及导电体330具有插头或布线的功能。注意，有时使用同一附图标记表示具有插头或布线的功能的多个导电体。此外，在本说明书等中，布线、与布线连接的插头也可以是一个构成要素。就是说，导电体的一部分有时被用作布线，并且导电体的一部分有时被用作插头。
作为各插头及布线(导电体328、导电体330等)的材料，可以使用金属材料、合金材料、金属氮化物材料或金属氧化物材料等导电材料的单层或叠层。优选使用兼具耐热性和导电性的钨或钼等高熔点材料，优选使用钨。或者，优选使用铝或铜等低电阻导电材料。通过使用低电阻导电材料可以降低布线电阻。
此外，也可以在绝缘体326及导电体330上设置布线层。例如，在图14中，依次层叠有绝缘体350、绝缘体352及绝缘体354。此外，在绝缘体350、绝缘体352及绝缘体354中形成有导电体356。导电体356具有与晶体管300连接的插头或布线的功能。此外，导电体356可以使用与导电体328及导电体330同样的材料设置。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体350例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体356优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体350所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
注意，作为对氢具有阻挡性的导电体，例如优选使用氮化钽等。此外，通过层叠氮化钽和导电性高的钨，不但可以保持作为布线的导电性而且可以抑制氢从晶体管300扩散。此时，对氢具有阻挡性的氮化钽层优选与对氢具有阻挡性的绝缘体350接触。
此外，也可以在绝缘体354及导电体356上设置布线层。例如，在图14中，依次层叠有绝缘体360、绝缘体362及绝缘体364。此外，在绝缘体360、绝缘体362及绝缘体364中形成有导电体366。导电体366具有插头或布线的功能。此外，导电体366可以使用与导电体328及导电体330同样的材料设置。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体360例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体366优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，优选在对氢具有阻挡性的绝缘体360所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
此外，也可以在绝缘体364及导电体366上设置布线层。例如，在图14中，依次层叠有绝缘体370、绝缘体372及绝缘体374。此外，在绝缘体370、绝缘体372及绝缘体374中形成有导电体376。导电体376具有插头或布线的功能。此外，导电体376可以使用与导电体328及导电体330同样的材料设置。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体370例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体376优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，优选在对氢具有阻挡性的绝缘体370所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
此外，也可以在绝缘体374及导电体376上设置布线层。例如，在图14中，依次层叠有绝缘体380、绝缘体382及绝缘体384。此外，在绝缘体380、绝缘体382及绝缘体384中形成有导电体386。导电体386具有插头或布线的功能。此外，导电体386可以使用与导电体328及导电体330同样的材料设置。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体380例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体386优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，优选在对氢具有阻挡性的绝缘体380所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
在上面说明包括导电体356的布线层、包括导电体366的布线层、包括导电体376的布线层及包括导电体386的布线层，但是根据本实施方式的半导体装置不局限于此。与包括导电体356的布线层同样的布线层可以为三层以下，与包括导电体356的布线层同样的布线层可以为五层以上。
在绝缘体384上依次层叠有绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516。作为绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516中的任一个，优选使用对氧或氢具有阻挡性的物质。
例如，作为绝缘体510及绝缘体514，优选使用能够防止氢或杂质从衬底311或设置有晶体管300的区域等扩散到设置有晶体管500的区域中的具有阻挡性的膜。因此，绝缘体510及绝缘体514可以使用与绝缘体324同样的材料。
作为对氢具有阻挡性的膜的一个例子，可以使用通过CVD法形成的氮化硅。在此，有时氢扩散到晶体管500等具有氧化物半导体的半导体元件中，导致该半导体元件的特性下降。因此，优选在晶体管300与晶体管500之间设置抑制氢的扩散的膜。具体而言，抑制氢的扩散的膜是指氢的脱离量少的膜。
例如，作为对氢具有阻挡性的膜，绝缘体510及绝缘体514优选使用氧化铝、氧化铪、氧化钽等金属氧化物。
尤其是，氧化铝的不使氧及导致晶体管的电特性变动的氢、水分等杂质透过的阻挡效果高。因此，在晶体管的制造工序中及制造工序之后，氧化铝可以防止氢、水分等杂质进入晶体管500中。此外，氧化铝可以抑制氧从构成晶体管500的氧化物释放。因此，氧化铝适合用于晶体管500的保护膜。
例如，作为绝缘体512及绝缘体516，可以使用与绝缘体320同样的材料。此外，通过对上述绝缘体使用介电常数较低的材料，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体512及绝缘体516，可以使用氧化硅膜和氧氮化硅膜等。
此外，在绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516中埋入有导电体518、构成晶体管500的导电体(例如，导电体503)等。此外，导电体518被用作与电容器600或晶体管300连接的插头或布线。导电体518可以使用与导电体328及导电体330同样的材料设置。
尤其是，与绝缘体510及绝缘体514接触的区域的导电体518优选为对氧、氢及水具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以利用对氧、氢及水具有阻挡性的层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
在绝缘体516的上方设置有晶体管500。
如图16A、图16B所示，晶体管500包括以埋入绝缘体514及绝缘体516的方式配置的导电体503、配置在绝缘体516及导电体503上的绝缘体520、配置在绝缘体520上的绝缘体522、配置在绝缘体522上的绝缘体524、配置在绝缘体524上的氧化物530a、配置在氧化物530a上的氧化物530b、彼此分开地配置在氧化物530b上的导电体542a及导电体542b、配置在导电体542a及导电体542b上并以重叠于导电体542a和导电体542b之间的方式形成开口的绝缘体580、配置在开口的底面及侧面的氧化物530c、配置在氧化物530c的形成面上的绝缘体550以及配置在绝缘体550的形成面上的导电体560。
另外，如图16A、图16B所示，优选在氧化物530a、氧化物530b、导电体542a及导电体542b与绝缘体580之间配置有绝缘体544。此外，如图16A、图16B所示，导电体560优选包括设置在绝缘体550的内侧的导电体560a及以埋入导电体560a的内侧的方式设置的导电体560b。此外，如图16A和图16B所示，优选在绝缘体580、导电体560及绝缘体550上配置有绝缘体574。
注意，下面有时将氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c统称为氧化物530。
在晶体管500中，在形成沟道的区域及其附近层叠有氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的三层，但是本发明不局限于此。例如，可以设置氧化物530b的单层、氧化物530b与氧化物530a的两层结构、氧化物530b与氧化物530c的两层结构或者四层以上的叠层结构。另外，在晶体管500中，导电体560具有两层结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体560也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。注意，图14、图16A所示的晶体管500的结构只是一个例子而不局限于上述结构，可以根据电路结构或驱动方法使用适当的晶体管。
在此，导电体560被用作晶体管的栅电极，导电体542a及导电体542b被用作源电极或漏电极。如上所述，导电体560以埋入绝缘体580的开口中及夹在导电体542a与导电体542b之间的区域的方式设置。导电体560、导电体542a及导电体542b相对于绝缘体580的开口的配置是自对准地被选择。换言之，在晶体管500中，可以在源电极与漏电极之间自对准地配置栅电极。由此，可以在不设置用于对准的余地的方式形成导电体560，所以可以实现晶体管500的占有面积的缩小。由此，可以实现半导体装置的微型化及高集成化。
再者，导电体560自对准地形成在导电体542a与导电体542b之间的区域，所以导电体560不包括与导电体542a及导电体542b重叠的区域。由此，可以降低形成在导电体560与导电体542a及导电体542b之间的寄生电容。因此，可以提高晶体管500的开关速度，从而晶体管500可以具有高频率特性。
导电体560有时被用作第一栅(也称为顶栅极)电极。导电体503有时被用作第二栅(也称为底栅极)电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体503的电位而不使其与供应到导电体560的电位联动，可以控制晶体管500的阈值电压。尤其是，通过对导电体503供应负电位，可以使晶体管500的阈值电压大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体503施加负电位时相比，在对导电体503施加负电位的情况下，可以减小对导电体560施加的电位为0V时的漏极电流。
导电体503以与氧化物530及导电体560重叠的方式配置。由此，在对导电体560及导电体503供应电位的情况下，从导电体560产生的电场和从导电体503产生的电场连接，可以覆盖形成在氧化物530中的沟道形成区域。在本说明书等中，将由第一栅电极的电场和第二栅电极的电场电围绕沟道形成区域的晶体管的结构称为surrounded channel(S-channel：围绕沟道)结构。
另外，在本说明书等中，surrounded channel(S-channel)结构具有如下特征，即与沟道形成区域相同，接触于被用作源电极及漏电极的导电体542a及导电体542b的氧化物530的侧面及周边为I型。另外，因为接触于导电体542a及导电体542b的氧化物530的侧面及周边与绝缘体544接触，所以与沟道形成区域相同，有可能成为I型。注意，在本说明书等中，I型可以说与后面说明的高纯度本征相同。此外，本说明书等中公开的S-channel结构与Fin型结构及平面型结构不同。通过采用S-channel结构，可以提高对于短沟道效果的耐性，换言之，可以实现不容易发生短沟道效果的晶体管。
此外，导电体503具有与导电体518相同的结构，以与绝缘体514及绝缘体516的开口的内壁接触的方式形成有导电体503a，其内侧形成有导电体503b。另外，在晶体管500中，叠层有导电体503a与导电体503b，但是本发明不局限于此。例如，导电体503可以具有单层结构，也可以具有三层以上的叠层结构。
在此，作为导电体503a优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的导电材料。另外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的导电材料。在本说明书中，抑制杂质或氧的扩散的功能是指抑制上述杂质和上述氧中的任一个或全部的扩散的功能。
例如，通过使导电体503a具有抑制氧的扩散的功能，可以抑制因导电体503b氧化而导致导电率的下降。
另外，在导电体503还具有布线的功能的情况下，作为导电体503b，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电性高的导电材料。在此情况下，不一定需要设置导电体503a。在附图中，导电体503b具有单层结构，但是也可以具有叠层结构，例如，可以采用钛或氮化钛和上述导电材料的叠层结构。
绝缘体520、绝缘体522及绝缘体524被用作第二栅极绝缘膜。
在此，与氧化物530接触的绝缘体524优选使用包含超过化学计量组成的氧的绝缘体。换言之，优选在绝缘体524中形成有过剩氧区域。通过以与氧化物530接触的方式设置上述包含过剩氧的绝缘体，可以减少氧化物530中的氧空位，从而可以提高晶体管500的可靠性。
具体而言，作为具有过剩氧区域的绝缘体，优选使用通过加热使一部分的氧脱离的氧化物材料。通过加热使氧脱离的氧化物是指在TDS(ThermalDesorptionSpectroscopy：热脱附谱)分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×1018atoms/cm3以上，优选为1.0×1019atoms/cm3以上，进一步优选为2.0×1019atoms/cm3以上，或者3.0×1020atoms/cm3以上的氧化物膜。另外，进行上述TDS分析时的膜的表面温度优选在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的范围内。
此外，也可以以使上述具有过剩氧区域的绝缘体和氧化物530彼此接触的方式进行加热处理、微波处理或RF处理中的任一个或多个处理。通过进行该处理，可以去除氧化物530中的水或氢。例如，在氧化物530中发生VoH键合被切断的反应，换言之，发生“VOH→VO+H”的反应而可以进行脱氢化。此时产生的氢的一部分有时与氧键合并从氧化物530或氧化物530附近的绝缘体被去除作为H2O。此外，氢的一部分有时扩散到导电体542或者被导电体542俘获(也称为吸杂)。
此外，作为上述微波处理，例如优选使用包括产生高密度等离子体的电源的装置或包括对衬底一侧施加RF的电源的装置。例如，通过使用包含氧的气体及高密度等离子体，可以生成高密度的氧自由基，并且通过对衬底一侧施加RF，可以将由高密度等离子体生成的氧自由基高效地导入氧化物530或氧化物530附近的绝缘体中。此外，在上述微波处理中，压力为133Pa以上，优选为200Pa以上，更优选为400Pa以上。此外，作为对进行微波处理的装置内导入的气体，例如使用氧及氩，并且氧流量比(O2/(O2+Ar))为50％以下，优选为10％以上且30％以下。
此外，在晶体管500的制造工序中，优选在氧化物530的表面露出的状态下进行加热处理。该加热处理例如以100℃以上且450℃以下，更优选以350℃以上且400℃以下进行，即可。另外，加热处理在氮气体或惰性气体的气氛或包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行。例如，加热处理优选在氧气氛下进行。由此，可以对氧化物530供应氧来减少氧空位(VO)。此外，加热处理也可以在减压状态下进行。或者，也可以在氮气体或惰性气体的气氛下进行加热处理，然后为了填补脱离的氧而在包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行加热处理。或者，也可以在包含10ppm以上、1％以上或10％以上的氧化性气体的气氛下进行加热处理，然后连续地在氮气体或惰性气体的气氛下进行加热处理。
另外，通过对氧化物530进行加氧化处理，可以由被供应的氧填补氧化物530中的氧空位，换言之，可以促进“VO+O→null”的反应。再者，通过使残留在氧化物530中的氢与被供应的氧起反应，可以去除该氢作为H2O(脱水化)。由此，可以抑制残留在氧化物530中的氢与氧空位键合而形成VOH。
当绝缘体524具有过剩氧区域时，绝缘体522优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。
当绝缘体522具有抑制氧或杂质的扩散的功能时，氧化物530所包含的氧不扩散到绝缘体520一侧，所以是优选的。另外，可以抑制导电体503与绝缘体524或氧化物530所包含的氧起反应。
作为绝缘体522，例如优选使用包含氧化铝、氧化铪、含有铝及铪的氧化物(硅酸铪)、氧化钽、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)或(Ba，Sr)TiO3(BST)等所谓的high-k材料的绝缘体的单层或叠层。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘膜的薄膜化，有时发生泄漏电流等问题。通过作为被用作栅极绝缘膜的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。
尤其是，优选使用作为具有抑制杂质及氧等的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的绝缘材料的包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。当使用这种材料形成绝缘体522时，绝缘体522被用作抑制氧从氧化物530释放或氢等杂质从晶体管500的周围部进入氧化物530的层。
或者，例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆。此外，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。另外，还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
绝缘体520优选具有热稳定性。例如，因为氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。另外，通过组合high-k材料的绝缘体与氧化硅或氧氮化硅，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构的绝缘体520或绝缘体526。
另外，在图16A、图16B的晶体管500中，作为由三层的叠层结构而成的第二栅极绝缘膜示出绝缘体520、绝缘体522及绝缘体524，但是第二栅极绝缘膜也可以具有单层结构、两层结构或四层以上的叠层结构。此时，不局限于采用由相同材料而成的叠层结构，也可以采用由不同材料而成的叠层结构。
在晶体管500中，优选将被用作氧化物半导体的金属氧化物用于包含沟道形成区域的氧化物530。例如，作为氧化物530优选使用In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种)等金属氧化物。作为可应用作氧化物530的In-M-Zn氧化物，可以使用具有c轴取向性且多个纳米晶在a-b面方向上连接而具有畸变的结晶结构的CAAC(c-axis-aligned crystalline)-OS(oxidesemiconductor)或CAC(cloud-aligned composite)-OS。此外,作为氧化物530,也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物。
此外，例如作为氧化物530优选使用载流子浓度低的金属氧化物。在降低金属氧化物的载流子浓度时，只要降低金属氧化物中的杂质浓度及缺陷态密度即可。在本说明书等中，杂质浓度低且缺陷态密度低的情况是指高纯度本征或实质上高纯度本征。另外，作为金属氧化物中的杂质，例如有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
特别是，由于金属氧化物所包含的氢与键合于金属原子的氧起反应而成为水，因此有时在金属氧化物中形成氧空位(也称为VO：oxygen vacancy)。在金属氧化物中的沟道形成区域包含氧空位的情况下,晶体管有时具有常开启特性。此外,当氢进入氧空位的空位被用作供体,有时生成作为载流子的电子。此外，有时氢的一部分与键合于金属原子的氧而生成作为载流子的电子。因此，使用包含多量的氢的金属氧化物的晶体管容易具有常开启特性。此外,当氢进入金属氧化物中的氧空位时,有时氧空位与氢键合而形成VOH。VOH被用作供体,有时生成作为载流子的电子。此外,有时氢的一部分与键合于金属原子的氧而生成作为载流子的电子。因此,使用包含多量的氢的金属氧化物的晶体管容易具有常开启特性。此外，因为金属氧化物中的氢因受热、电场等作用而容易移动，所以当金属氧化物包含多量的氢时可能会导致晶体管的可靠性降低。在本发明的一个方式中，优选尽量减少氧化物530中的VOH来实现高纯度本征或实质上高纯度本征。像这样，为了得到VOH被充分降低的金属氧化物，去除金属氧化物中的水分、氢等杂质(有时也记载为脱水、脱氢化处理)及对金属氧化物供应氧填补氧空位(有时也记载为加氧化处理)是重要的。通过将VOH等杂质被充分降低的金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。
氢进入了氧空位的缺陷可能被用作金属氧化物的供体。然而，定量地评价该缺陷是困难的。于是，在金属氧化物中，有时不以供体浓度而以载流子浓度进行评价。因此，在本说明书等中，有时作为金属氧化物的参数，不采用供体浓度而采用假定不施加电场的状态的载流子浓度。也就是说，本说明书等所记载的“载流子浓度”有时可以称为“供体浓度”。
因此，优选尽量减少氧化物530中的氢。具体而言，在金属氧化物中，通过二次离子质谱分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)得到的氢浓度低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。通过将氢等杂质被充分降低的金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。
此外，沟道形成区域的金属氧化物的载流子浓度优选为1×1018cm-3以下，更优选低于1×1017cm-3，进一步优选低于1×1016cm-3，进一步优选低于1×1013cm-3，进一步优选低于1×1012cm-3。注意，对沟道形成区域的金属氧化物的载流子浓度的下限值没有特别的限制，例如可以为1×10-9cm-3。
作为在氧化物530中被用作沟道形成区域的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。如此，通过使用带隙较宽的金属氧化物，可以减小晶体管的关态电流。
在氧化物530中，当在氧化物530b之下设置有氧化物530a时，可以抑制杂质从形成在氧化物530a下的结构物扩散到氧化物530b。当在氧化物530b之上设置有氧化物530c时，可以抑制杂质从形成在氧化物530c的上方的结构物扩散到氧化物530b。
另外，氧化物530优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的氧化物的叠层结构。具体而言，用于氧化物530a的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比。另外，用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比。另外，用于氧化物530b的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比优选大于用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比。另外，氧化物530c可以使用可用于氧化物530a或氧化物530b的金属氧化物。
优选的是，使氧化物530a及氧化物530c的导带底的能量高于氧化物530b的导带底的能量。换言之，氧化物530a及氧化物530c的电子亲和势优选小于氧化物530b的电子亲和势。
在此，在氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部中，导带底的能级平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部的导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在氧化物530a与氧化物530b的界面以及氧化物530b与氧化物530c的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使氧化物530a与氧化物530b以及氧化物530b与氧化物530c除了氧之外还包含共同元素(为主要成分)，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在氧化物530b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为氧化物530a及氧化物530c优选使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化镓等。
此时，载流子的主要路径为氧化物530b。通过使氧化物530a及氧化物530c具有上述结构，可以降低氧化物530a与氧化物530b的界面及氧化物530b与氧化物530c的界面的缺陷态密度。因此，界面散射对载流子传导的影响减少，可以提高晶体管500的通态电流。
在氧化物530b上设置有被用作源电极及漏电极的导电体542a及导电体542b。作为导电体542a及导电体542b，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。另外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。氮化钽等的金属氮化物膜对氢或氧具有阻挡性，所以是更优选的。
此外，虽然在图16A示出导电体542a及导电体542b的单层结构，但是也可以采用两层以上的叠层结构。例如，优选层叠氮化钽膜及钨膜。另外，也可以层叠钛膜及铝膜。另外，也可以采用在钨膜上层叠铝膜的两层结构、在铜-镁-铝合金膜上层叠铜膜的两层结构、在钛膜上层叠铜膜的两层结构、在钨膜上层叠铜膜的两层结构。
另外，也可以使用：在钛膜或氮化钛膜上层叠铝膜或铜膜并在其上形成钛膜或氮化钛膜的三层结构、在钼膜或氮化钼膜上层叠铝膜或铜膜而并在其上形成钼膜或氮化钼膜的三层结构等。另外，也可以使用包含氧化铟、氧化锡或氧化锌的透明导电材料。
另外，如图16A所示，有时在氧化物530与导电体542a(导电体542b)的界面及其附近作为低电阻区域形成有区域543a及区域543b。此时，区域543a被用作源区域和漏区域中的一个，区域543b被用作源区域和漏区域中的另一个。此外，沟道形成区域形成在夹在区域543a和区域543b之间的区域中。
通过以与氧化物530接触的方式设置上述导电体542a(导电体542b)，区域543a(区域543b)的氧浓度有时降低。另外，在区域543a(区域543b)中有时形成包括包含在导电体542a(导电体542b)中的金属及氧化物530的成分的金属化合物层。在此情况下，区域543a(区域543b)的载流子浓度增加，区域543a(区域543b)成为低电阻区域。
此外,通过上述导电体542a(导电体542b)和氧化物530接触而氧化物530中的氧扩散到电极中,由此导电体有时被氧化。导电体的导电率因导电体的氧化而下降的可能性变高。注意，也可以将氧化物530中的氧向导电体扩散的情况称为导电体吸收氧化物530中的氧。
此外，当氧化物530中的氧扩散到导电体542a(导电体542b)时，氧化物530和导电体的界面可能会形成另一层。因为该另一层包含比上述导电体542a(导电体542b)多的氧，所以推测该另一层的具有绝缘性。此时，可以认为上述导电体542a(导电体542b)、该另一层和氧化物530的三层结构是由金属-绝缘体-半导体构成的三层结构，有时也将其称为MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)结构或以MIS结构为主的二极管连接结构。
绝缘体544以覆盖导电体542a及导电体542b的方式设置，抑制导电体542a及导电体542b的氧化。此时，绝缘体544也可以以覆盖氧化物530的侧面且与绝缘体524接触的方式设置。
作为绝缘体544，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗、钕、镧或镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。此外，作为绝缘体544也可以使用氮氧化硅或氮化硅等。
尤其是，作为绝缘体544，优选使用作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。尤其是，铝酸铪的耐热性比氧化铪膜高。因此，在后面的工序的热处理中不容易晶化，所以是优选的。另外，在导电体542a及导电体542b是具有耐氧化性的材料或者吸收氧也其导电性不会显著降低的情况下，不需要必须设置绝缘体544。根据所需要的晶体管特性，适当地设计即可。
通过包括绝缘体544，可以抑制绝缘体580所包含的水、氢等杂质经过氧化物530c、绝缘体550扩散到氧化物530b。此外，可以抑制绝缘体580所包含的过剩氧使导电体560氧化。
绝缘体550被用作第一栅极绝缘膜。绝缘体550优选以接触于氧化物530c的内侧(顶面及侧面)的方式配置。绝缘体550优选与上述绝缘体524同样地使用包含过剩的氧并通过加热而释放氧的绝缘体形成。
具体而言，可以使用包含过剩氧的氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。
通过作为绝缘体550以与氧化物530c的顶面接触的方式设置通过加热而释放氧的绝缘体，可以高效地从绝缘体550通过氧化物530c对氧化物530b的沟道形成区域供应氧。此外，与绝缘体524同样，优选降低绝缘体550中的水或氢等杂质的浓度。绝缘体550的厚度优选为1nm以上且20nm以下。
另外，为了将绝缘体550所包含的过剩氧高效地供应到氧化物530，也可以在绝缘体550与导电体560之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制从绝缘体550到导电体560的氧扩散。通过设置抑制氧的扩散的金属氧化物，从绝缘体550到导电体560的过剩氧的扩散受到抑制。换言之，可以抑制供应到氧化物530的过剩氧量减少。另外，可以抑制因过剩氧导致的导电体560的氧化。作为该金属氧化物，可以使用可用于绝缘体544的材料。
另外，与第二栅极绝缘膜同样，绝缘体550也可以具有叠层结构。由于当进行晶体管的微型化及高集成化时，有时栅极绝缘膜的薄膜化导致泄漏电流等问题，因此通过使被用作栅极绝缘膜的绝缘体具有high-k材料与具有热稳定性的材料的叠层结构，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。此外，可以实现具有热稳定性及高相对介电常数的叠层结构。
在图16A及图16B中，被用作第一栅电极的导电体560具有两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。
作为导电体560a，优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。另外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。通过使导电体560a具有抑制氧的扩散的功能，可以抑制因绝缘体550所包含的氧导致导电体560b氧化而导电率下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。此外，作为导电体560a可以使用可应用于氧化物530的氧化物半导体。在此情况下，通过采用溅射法形成导电体560b，可以降低导电体560a的电阻值来使其成为导电体。其可以称为OC(Oxide Conductor)电极。
作为导电体560b，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。由于导电体560b还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。导电体560b也可以具有叠层结构，例如，可以采用钛或氮化钛和上述导电材料的叠层结构。
绝缘体580优选隔着绝缘体544设置在导电体542a及导电体542b上。绝缘体580优选具有过剩氧区域。例如，绝缘体580优选包含氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅或树脂等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。尤其是，氧化硅和具有空孔的氧化硅容易在后面的工序中形成过剩氧区域，所以是优选的。
绝缘体580优选具有过剩氧区域。通过以与氧化物530c接触的方式设置通过加热而释放氧的绝缘体580，可以将绝缘体580中的氧通过氧化物530c高效地供应给氧化物530。另外，优选降低绝缘体580中的水或氢等杂质的浓度。
绝缘体580的开口以与导电体542a和导电体542b之间的区域重叠的方式形成。由此，导电体560以埋入绝缘体580的开口中及夹在导电体542a与导电体542b之间的区域的方式设置。
在进行半导体装置的微型化时，需要缩短栅极长度，但是需要防止导电体560的导电性的下降。为此，在增大导电体560的厚度的情况下，导电体560有可能具有纵横比高的形状。在本实施方式中，由于将导电体560以埋入绝缘体580的开口的方式设置，所以即使导电体560具有纵横比高的形状，在工序中也不发生导电体560的倒塌。
绝缘体574优选以与绝缘体580的顶面、导电体560的顶面及绝缘体550的顶面的方式设置。通过利用溅射法形成绝缘体574，可以在绝缘体550及绝缘体580中形成过剩氧区域。由此，可以将氧从该过剩氧区域供应到氧化物530中。
例如，作为绝缘体574，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗和镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。
尤其是，氧化铝具有高阻挡性，即使是0.5nm以上且3.0nm以下的薄膜，也可以抑制氢及氮的扩散。由此，通过利用溅射法形成的氧化铝可以在被用作氧供应源的同时还具有氢等杂质的阻挡膜的功能。
另外，也可以在形成晶体管500之后，以围绕晶体管500的方式形成开口，并以覆盖该开口的方式形成对氢或水具有高阻挡性的绝缘体。通过由上述高阻挡性的绝缘体包裹晶体管500，可以防止水分及氢从外部进入。或者，多个晶体管500都可以由对氢或水具有高阻挡性的绝缘体包裹。另外，在围绕晶体管500地形成开口的情况下，例如，当形成到达绝缘体514或绝缘体522的开口并接触于绝缘体514或绝缘体522地形成上述高阻挡性的绝缘体时可以兼作晶体管500的制造工序的一部分，所以是优选的。此外，作为对氢或水具有高阻挡性的绝缘体，例如使用与绝缘体522同样的材料即可。
另外，优选在绝缘体574上设置被用作层间膜的绝缘体581。与绝缘体524等同样，优选降低绝缘体581中的水或氢等杂质的浓度。
另外，在形成于绝缘体581、绝缘体574、绝缘体580及绝缘体544中的开口配置导电体540a及导电体540b。导电体540a及导电体540b以隔着导电体560彼此对置的方式设置。导电体540a及导电体540b具有与后面说明的导电体546及导电体548同样的结构。
在绝缘体581上设置有绝缘体582。绝缘体582优选使用对氧或氢具有阻挡性的物质。因此，作为绝缘体582可以使用与绝缘体514同样的材料。例如，作为绝缘体582优选使用氧化铝、氧化铪、氧化钽等金属氧化物。
尤其是，氧化铝的不使氧及导致晶体管的电特性变动的氢、水分等杂质透过的阻挡效果高。因此，在晶体管的制造工序中及制造工序之后，氧化铝可以防止氢、水分等杂质进入晶体管500中。此外，氧化铝可以抑制氧从构成晶体管500的氧化物释放。因此，氧化铝适合用于晶体管500的保护膜。
此外，在绝缘体582上设置有绝缘体586。作为绝缘体586可以使用与绝缘体320同样的材料。此外，通过作为这些绝缘体应用介电常数较低的材料，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体586，可以使用氧化硅膜及氧氮化硅膜等。
此外，在绝缘体520、绝缘体522、绝缘体524、绝缘体544、绝缘体580、绝缘体574、绝缘体581、绝缘体582及绝缘体586中埋入有导电体546及导电体548等。
导电体546及导电体548被用作与电容器600、晶体管500或晶体管300连接的插头或布线。导电体546及导电体548可以使用与导电体328及导电体330同样的材料设置。
接着，在晶体管500的上方设置有电容器600。电容器600包括导电体610、导电体620及绝缘体630。
此外，也可以在导电体546及导电体548上设置导电体612。导电体612被用作与晶体管500连接的插头或者布线。导电体610被用作电容器600的电极。此外，可以同时形成导电体612及导电体610。
作为导电体612及导电体610可以使用包含选自钼、钛、钽、钨、铝、铜、铬、钕、钪中的元素的金属膜或以上述元素为成分的金属氮化物膜(氮化钽膜、氮化钛膜、氮化钼膜、氮化钨膜)等。或者，也可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等导电材料。
在图14中，导电体612及导电体610具有单层结构，但是不局限于此，也可以具有两层以上的叠层结构。例如，也可以在具有阻挡性的导电体与导电性高的导电体之间形成与具有阻挡性的导电体以及导电性高的导电体紧密性高的导电体。
以隔着绝缘体630重叠于导电体610的方式设置导电体620。作为导电体620可以使用金属材料、合金材料、金属氧化物材料等导电材料。优选使用兼具耐热性和导电性的钨或钼等高熔点材料，尤其优选使用钨。当与导电体等其他构成要素同时形成导电体620时，使用低电阻金属材料的Cu(铜)或Al(铝)等即可。
在导电体620及绝缘体630上设置有绝缘体640。绝缘体640可以使用与绝缘体320同样的材料设置。此外，绝缘体640可以被用作覆盖其下方的凹凸形状的平坦化膜。
通过采用本结构，可以在抑制使用包含氧化物半导体的晶体管的半导体装置的电特性变动的同时提高可靠性。此外，使用包含氧化物半导体的晶体管的电池控制电路中可以实现微型化或高集成化。
下面说明使用本发明的一个方式的OS晶体管的存储器。
本发明的一个方式所包括的蓄电装置优选具有存储器。作为存储器,可以应用使用OS晶体管的存储器装置。例如,可以使用下面说明的NOSRAM(注册商标)、DOSRAM(注册商标)等。
NOSRAM是指由OS晶体管构成存储单元的写入晶体管的增益单元型DRAM。NOSRAM是Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM的简称。下面示出NOSRAM的结构例子。
<NOSRAM>
图17A是示出NOSRAM的结构例子的方框图。在NOSRAM240中设置电源定域242、243、功率开关245至247。在电源定域242中设置存储单元阵列250,在电源定域243中设置NOSRAM240的外围电路。外围电路包括控制电路251、行电路252及列电路253。
从外部对NOSRAM240输入电压VDDD、VSSS、VDHW、VDHR、VBG2、时钟信号GCLK2、地址信号、信号CE、WE、PSE5。信号CE、WE是芯片使能信号、写入使能信号。信号PSE5控制功率开关245至247的开启及关闭。功率开关245至247分别控制向电源定域243的电压VDDD、VDHW、VDHR的输入。
另外,根据NOSRAM240的电路结构及工作方法适当地选择输入到NOSRAM240的电压、信号等。例如,NOSRAM240也可以设有不受到电源门控的电源定域并设有生成信号PSE5的电源门控控制电路。
存储单元阵列250包括存储单元10、写入字线WWL、读出字线RWL、写入位线WBL、读出位线RBL及源极线SL。
如图17B所示,存储单元10是2T1C(2个晶体管1个电容器)型的增益单元,包括节点SN1、晶体管M1、M2、电容器C1。晶体管M1是写入晶体管,并是包括背栅极的OS晶体管。晶体管M1的背栅极与供应电压VBG2的布线BGL2电连接。晶体管M2是读出晶体管,并是p沟道型Si晶体管。电容器C1是用来保持节点SN1的电压的存储电容器。
电压VDDD、VSSS分别是表示数据“1”、“0”的电压。注意,写入字线WWL、RWL的高电平电压是VDHW、VHDR。
图18A示出存储单元阵列250的结构例子。在图18A所示的存储单元阵列250中,对邻接的2行提供一个源极线。
在存储单元10中,原理上其写入次数没有限制，并能够以低能量进行数据改写，因此数据的保持不消耗电力。因为晶体管M1是具有极小的关态电流的OS晶体管，所以存储单元10能够长时间地保持数据。因此,通过由NOSRAM240构成高速缓冲存储器装置202、202,可以使高速缓冲存储器装置202、203成为非易失性的低功耗的存储器装置。
存储单元10的电路结构不局限于图17B的电路结构。例如,读出晶体管M2可以为包括背栅极的OS晶体管或n沟道型Si晶体管。或者,存储单元10也可以为3T型增益单元。例如,图18B及图18C示出3T型增益单元的例子。图18B所示的存储单元15包括晶体管M3至M5、电容器C3及节点SN3。晶体管M3至M5分别是写入晶体管、读出晶体管、选择晶体管。晶体管M3为包括背栅极的OS晶体管，晶体管M4、M5为p沟道型Si晶体管。晶体管M4、M5可以由n沟道型Si晶体管或包括背栅极的OS晶体管构成。在图18C所示的存储单元16中，三个晶体管由包括背栅极的OS晶体管构成。
节点SN3是保持节点。电容器C3是用来保持节点SN3的电压的存储电容器。可以意图性地不设置电容器C3，由晶体管M4的栅极电容等构成存储电容器。布线PDL被供应固定电压(例如VDDD)。布线PDL是代替源极线SL的布线，例如被供应电压VDDD。
控制电路251是具有对NOSRAM240的所有工作进行控制的功能。例如，控制电路251对信号CE、WE进行逻辑运算而判断来自外部的访问是写入访问还是读出访问。
行电路252具有选择地址信号所指定的被选择的行的写入字线WWL、读出字线的功能。列电路253具有对地址信号所指定的列的写入位线写入数据的功能及从该列的读出位线WBL读出数据的功能。
<DOSRAM>
DOSRAM是包括1T1C型的存储单元的RAM，是Dynamic Oxide SemiconductorRAM的简称。以下参照图19A及图19B说明DOSRAM。
如图19A所示，DOSRAM351的存储单元16与位线BL(或BLB)、字线WL、布线BGL6及PL电连接。位线BLB是反转位线。例如，布线BGL6、PL被供应电压VBG6、VSSS。存储单元16包括晶体管M6及电容器C6。晶体管M6为包括背栅极的OS晶体管。
由于通过电容器C6的充放电来改写数据，所以原理上对DOSRAM351的改写次数没有限制，并且可以以低功耗进行数据的写入及读出。另外，存储单元16的电路结构简单，容易实现大容量化。存储单元16的写入晶体管为OS晶体管，因此与DRAM相比，DOSRAM351的保持时间很长。因而可以降低刷新频率，或者不需要刷新工作，而能够减少刷新工作所需的功耗。
如图19B所示，在DOSRAM351中，存储单元阵列361可以层叠在外围电路365上。这是因为存储单元16的晶体管M6为OS晶体管的缘故。
在存储单元阵列361中，行列状地配置多个存储单元16，根据存储单元16的配列设置位线BL、BLB、字线WL、布线BGL6及PL。在外围电路365中设置控制电路、行电路及列电路。行电路进行访问对象的字线WL的选择等。列电路对由BL及BLB构成的位线对进行数据的写入及读出等。
为了进行外围电路365的电源门控，设置功率开关371、373。功率开关371、373分别控制供应给外围电路365的电压VDDD、VDHW6的输入。注意，电压VDHW6是字线WL的高电平电压。功率开关371、373的开启及关闭被信号PSE6控制。例如，信号PSE6在PMU113中生成。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式3)
在本实施方式中，参照图20A及图20B对将在上述的实施方式中说明的电池控制电路用作电子构件的例子进行说明。
在图20A中，说明将在上述实施方式中说明的电池控制电路用作电子构件的例子。注意，电子构件也被称为半导体封装或IC用封装。该电子构件根据端子取出方向或端子的形状具有不同规格和名称。在本实施方式中，说明其一个例子。
通过在组装工序(后工序)中组合多个能够装卸在印刷电路板上的构件，完成由OS晶体管或Si晶体管构成的电路部。
后工序可以经过进行图20A所示的工序完成。具体而言，在由前工序得到的元件衬底完成(步骤S1)之后，研磨衬底的背面(步骤S2)。通过在此阶段使衬底薄膜化，可以减少在前工序中产生的衬底的翘曲等，而实现构件的小型化。
研磨衬底的背面且进行将衬底分成多个芯片的切割(dicing)工序。并且，进行将被切割的各芯片安装于引线框架上并实现接合的芯片接合(die bonding)工序(步骤S3)。该芯片接合工序中的芯片与引线框架的粘接可以根据产品适当地选择合适的方法，如利用树脂的粘接或利用胶带的粘接等。另外，在芯片接合工序中，也可以将各芯片安装于插入物(interposer)上而实现接合。
接着，进行将引线框架的引线与芯片上的电极通过金属细线(wire)电连接的引线键合(wire bonding)(步骤S4)。作为金属细线可以使用银线或金线。此外，引线键合可以使用球键合(ball bonding)或楔键合(wedge bonding)。
对进行引线键合后的芯片实施由环氧树脂等密封的模塑(molding)工序(步骤S5)。通过进行模塑工序，使电子构件的内部被树脂填充，可以降低对安装于电子构件内部的电路部及金属细线因机械外力导致的损伤，还可以降低因水分或灰尘而导致的特性劣化。
接着，对引线框架的引线进行电镀处理。并且对引线进行切断及成型加工(步骤S6)。通过该电镀处理可以防止引线生锈，而在之后将引线安装于印刷电路板时，可以更加确实地进行焊接。
接着，对封装表面实施印字处理(marking)(步骤S7)。并且经过最终的检验工序(步骤S8)完成包括包含PLD的电路部的电子构件(步骤S9)。
图20B示出完成的电子构件的透视示意图。在图20B中，作为电子构件的一个例子，示出QFP(Quad Flat Package：四侧引脚扁平封装)的透视示意图。图20B所示的电子构件700包括引线701及电路部703。图20B所示的电子构件700例如安装于印刷电路板702。通过组合多个这样的电子构件700并使其在印刷电路板702上彼此电连接，可以安装于电子设备的内部。完成的电路板704设置于电子设备等的内部。
(实施方式4)
在本实施方式中，对可以使用包括在上述实施方式中说明的电池控制电路的电子构件的蓄电装置及蓄电系统的结构进行说明。
[圆筒型二次电池]
参照图21A说明圆筒型二次电池的例子。如图21A所示，圆筒型二次电池400的顶面包括正极盖(电池盖)401，其侧面及底面包括电池罐(外包装罐)402。这些正极盖401与电池罐(外装罐)402通过垫片(绝缘垫片)410绝缘。
图21B是示意性地示出圆筒型二次电池的截面的图。图21B所示的圆筒型的二次电池在顶面具有正极盖(电池盖)601，并在侧面及底面具有电池罐(外装罐)602。上述正极盖与电池罐(外装罐)602通过垫片(绝缘垫片)610绝缘。
在中空圆柱状电池罐602的内侧设置有带状正极604和带状负极606夹着隔离体605被卷绕的电池元件。虽然未图示，但是电池元件以中心销为中心被卷绕。电池罐602的一端关闭且另一端开着。作为电池罐602可以使用对电解液具有抗腐蚀性的镍、铝、钛等金属、它们的合金或者它们和其他金属的合金(例如不锈钢等)。另外，为了防止电解液所引起的腐蚀，电池罐602优选被镍或铝等覆盖。在电池罐602的内侧，正极、负极及隔离体被卷绕的电池元件由对置的一对绝缘板608和绝缘板609夹着。另外，在设置有电池元件的电池罐602的内部中注入有非水电解液(未图示)。作为非水电解液，可以使用与硬币型二次电池相同的电解液。
因为用于圆筒型蓄电池的正极及负极被卷绕，从而活性物质优选形成在集流体的两个表面。正极604连接有正极端子(正极集电引线)603，而负极606与负极端子(负极集电引线)607连接。正极端子603及负极端子607都可以使用铝等金属材料。将正极端子603电阻焊接到安全阀机构613，而将负极端子607电阻焊接到电池罐602底。安全阀机构613与正极盖601通过PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)元件611电连接。当电池的内压上升到超过指定的阈值时，安全阀机构613切断正极盖601与正极604的电连接。另外，PTC元件611是在温度上升时其电阻增大的热敏感电阻器，并通过电阻的增大来限制电流量以防止异常发热。PTC元件可以使用钛酸钡(BaTiO3)类半导体陶瓷等。
图21C示出蓄电系统415的一个例子。蓄电系统415包括多个二次电池400。每个二次电池的正极接触于由绝缘体425分离的导电体424而该正极彼此电连接。导电体424通过布线423与控制电路420电连接。此外，每个二次电池的负极通过布线426与控制电路420电连接。作为控制电路420可以使用上述实施方式所说明的电池控制电路。
图21D示出蓄电系统415的一个例子。蓄电系统415包括多个二次电池400，多个二次电池400夹在导电板413和导电板414之间。多个二次电池400通过布线416与导电板413及导电板414电连接。多个二次电池400可以并联连接，串联连接或者并联连接后再串联连接。通过构成包括多个二次电池400的蓄电系统415，可以获取大电力。
另外，也可以在多个二次电池400之间包括温度控制装置。在二次电池400过热时可以通过温度控制装置冷却，在二次电池400过冷时可以通过温度控制装置加热。因此，蓄电系统415的性能不容易受到外部气温的影响。
另外，在图21D中，蓄电系统415通过布线421及布线422与控制电路420电连接。作为控制电路420可以使用上述实施方式所说明的电池控制电路。布线421通过导电板413与多个二次电池400的正极电连接，布线422通过导电板414与多个二次电池400的负极电连接。
[二次电池组]
接着，参照图22A、图22B及图22C对本发明的一个方式的蓄电系统的例子进行说明。
图22A是示出二次电池组531的外观的图。图22B是说明二次电池组531的结构的图。二次电池组531包括电路板501及二次电池513。二次电池513贴合有签条509。电路板501由密封带515固定。此外，二次电池组531包括天线517。
电路板501包括控制电路590。作为控制电路590，可以使用上述实施方式所示的电池控制电路。例如，如图22B所示那样，在电路板501上包括控制电路590。另外，电路板501与端子511电连接。另外，电路板501与天线517、二次电池513的正极引线及负极引线中的一个551、正极引线及负极引线的另一个552电连接。
另外，如图22C所示那样，二次电池组系统也可以包括设置在电路板501上的电路系统590a以及通过端子511与电路板501电连接的电路系统590b。例如，本发明的一个方式的控制电路的一部分设置在电路系统590a中，其他的一部分设置在电路系统590b中。
另外，天线517的形状不局限于线圈状，例如可以为线状、板状。另外，还可以使用平面天线、口径天线、行波天线、EH天线、磁场天线或介质天线等天线。或者，天线517也可以为平板状的导体。该平板状的导体也可以用作电场耦合用的导体之一。换言之，也可以将天线517用作电容器所具有的两个导体中之一。由此，不但利用电磁、磁场，而且还可以利用电场交换电力。
二次电池组531在天线517和二次电池513之间包括层519。层519例如具有可以遮蔽来自二次电池513的电磁场的功能。作为层519，例如可以使用磁性体。
二次电池513也可以包括卷绕的电池元件。该电池元件包括负极、正极及隔离体。该电池元件例如为隔着隔离体层叠负极和正极且卷绕该叠层的膜。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式5)
在本实施方式中，示出将本发明的一个方式的蓄电系统安装在车辆的例子。作为车辆，例如可以举出汽车、二轮车和自行车等。
当将蓄电系统安装在车辆时，可以实现混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHEV)等新一代清洁能源汽车。
在图23A、图23B及图23C中，例示出使用本发明的一个方式的蓄电系统的车辆。图23A所示的汽车8400是作为行驶的动力源使用电动机的电动汽车。或者，汽车8400是作为行驶的动力源能够适当地使用电动机或引擎的混合动力汽车。通过使用本发明的一个方式，可以实现行驶距离长的车辆。另外，汽车8400具备蓄电系统。蓄电系统不但驱动电发动机8406，而且还可以将电力供应到车头灯8401或室内灯(未图示)等发光装置。
另外，蓄电系统可以将电力供应到汽车8400所具有的速度表、转速计等显示装置。此外，蓄电系统可以将电力供应到汽车8400所具有的导航系统等。
在图23B所示的汽车8500中，可以通过利用插电方式或非接触供电方式等从外部的充电设备接收电力，来对汽车8500所具有的蓄电系统8024进行充电。图23B示出从地上设置型充电装置8021通过电缆8022对安装在汽车8500中的蓄电系统8024进行充电的情况。当进行充电时，作为充电方法或连接器的规格等，可以适当地使用CHAdeMO(注册商标)或联合充电系统“Combined Charging System”等的规定的方式。作为充电装置8021，也可以使用设置在商业设施的充电站或家庭的电源。例如，通过利用插电技术从外部供应电力，可以对安装在汽车8500中的蓄电系统8024进行充电。可以通过ACDC转换器等转换装置将交流电力转换成直流电力来进行充电。
另外，虽然未图示，但是也可以将受电装置安装在车辆中并从地上的送电装置非接触地供应电力来进行充电。当利用非接触供电方式时，通过在公路或外壁中组装送电装置，不但在停车时而且在行驶时也可以进行充电。此外，也可以利用该非接触供电方式，在车辆之间进行电力的发送及接收。再者，还可以在车辆的外部设置太阳能电池，在停车时或行驶时进行蓄电系统的充电。可以利用电磁感应方式或磁场共振方式实现这样的非接触供电。
图23C是使用本发明的一个方式的蓄电系统的二轮车的例子。图23C所示的小型摩托车8600包括蓄电系统8602、后视镜8601及方向灯8603。蓄电系统8602可以对方向灯8603供电。
此外，在图23C所示的小型摩托车8600中，可以将蓄电系统8602收纳在座位下收纳部8604中。即使座位下收纳部8604空间小，也可以将蓄电系统8602收纳在座位下收纳部8604中。
另外，图24A示出使用本发明的一个方式的蓄电系统的电动自行车的一个例子。图24A所示的电动自行车8700可以使用本发明的一个方式的蓄电系统。本发明的一个方式的蓄电系统例如包括多个蓄电池、保护电路及神经网络。
电动自行车8700包括蓄电系统8702。蓄电系统8702对辅助驾驶者的电动机供应电力。另外，蓄电系统8702是可携带的，图24B示出从自行车取出的蓄电系统8702。蓄电系统8702内置有多个本发明的一个方式的蓄电系统所包括的蓄电池8701，可以由显示部8703显示剩余电量等。另外，蓄电系统8702包括本发明的一个方式的控制电路8704。控制电路8704与蓄电池8701的正极及负极电连接。作为控制电路8704可以使用上述实施方式所示的电池控制电路。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(实施方式6)
在本实施方式中，对将上述实施方式所示的蓄电系统安装在电子设备中的例子进行说明。
接着，图25A和图25B示出能够进行对折的平板终端(包括clamshell型终端)的一个例子。图25A和图25B所示的平板终端9600包括框体9630a、框体9630b、连接框体9630a和框体9630b的可动部9640、显示部9631、显示模式切换开关9626、电源开关9627、省电模式切换开关9625、扣件9629以及操作开关9628。通过将柔性面板用于显示部9631，可以实现显示部更大的平板终端。图25A示出打开平板终端9600的状态，图25B示出合上平板终端9600的状态。
平板终端9600在框体9630a及框体9630b的内部具备蓄电体9635。蓄电体9635穿过可动部9640设置在框体9630a及框体9630b。
在显示部9631中，可以将其一部分用作触摸屏的区域，并且可以通过接触所显示的操作键来输入数据。此外，通过使用手指或触屏笔等接触触摸屏上的键盘显示切换按钮的位置，可以在显示部9631上显示键盘按钮。
另外，显示模式切换开关9626能够进行竖屏显示和横屏显示等显示的方向的切换以及黑白显示和彩色显示的切换等。根据通过平板终端9600所内置的光传感器所检测的使用时的外光的光量，省电模式切换开关9625可以使显示的亮度设定为最适合的亮度。平板终端除了光传感器以外还可以内置陀螺仪和加速度传感器等检测倾斜度的传感器等的其他检测装置。
图25B是平板终端9600被对折的状态，并且平板终端9600包括框体9630、太阳能电池9633及本发明的一个方式的蓄电系统。蓄电系统包括控制电路9634及蓄电体9635。作为控制电路9634可以使用上面实施方式所示的电池控制电路。
此外，平板终端9600能够进行对折，因此不使用时可以以重叠的方式折叠框体9630a及框体9630b。通过折叠框体9630a及框体9630b，可以保护显示部9631，而可以提高平板终端9600的耐久性。
此外，图25A和图25B所示的平板终端还可以具有如下功能：显示各种各样的信息(静态图像、动态图像、文字图像等)；将日历、日期或时刻等显示在显示部上；对显示在显示部上的信息进行触摸输入操作或编辑的触摸输入；通过各种各样的软件(程序)控制处理等。
通过利用安装在平板终端的表面上的太阳能电池9633，可以将电力供应到触摸屏、显示部或图像信号处理部等。注意，太阳能电池9633可以设置在框体9630的一个表面或两个表面，可以高效地对蓄电体9635进行充电。
另外，在图25A及图25B中说明将使用上面实施方式所示的电池控制电路的控制电路用于能够进行对折的平板终端的结构，然而也可以采用其他结构。例如，如图25C所示，可以用于作为clamshell型终端的笔记本型个人计算机。图25C示出笔记本型个人计算机9601，其在框体9630a中包括显示部9631，在框体9630b中包括键盘部9636。在笔记本型个人计算机9601中包括图25A及图25B所说明的控制电路9634及蓄电体9635。作为控制电路9634可以使用上面实施方式所示的电池控制电路。
图26示出其他电子设备的例子。在图26中，显示装置8000是安装有本发明的一个方式的蓄电系统的电子设备的一个例子。具体地说，显示装置8000相当于电视广播接收用显示装置，包括框体8001、显示部8002、扬声器部8003及二次电池8004等。根据本发明的一个方式的检测系统设置在框体8001的内部。显示装置8000既可以接收来自商业电源的电力供应，又可以使用蓄积在二次电池8004中的电力。
作为显示部8002，可以使用半导体显示装置诸如液晶显示装置、在每个像素中具备有机EL元件等发光元件的发光装置、电泳显示装置、DMD(数字微镜装置：DigitalMicromirror Device)、PDP(等离子体显示面板：Plasma Display Panel)及FED(场致发射显示器：Field Emission Display)等。
另外，声音输入设备8005也使用二次电池。声音输入设备8005包括上面实施方式所示的蓄电系统。除了无线通信元件之外，声音输入设备8005还包括包含麦克风的多个传感器(光学传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、照度传感器、动作传感器等)，根据使用者命令可以操作其他设备，例如可以操作显示装置8000的电源且调节照明装置8100的光量等。声音输入设备8005通过声音可以进行周边装置的操作，而能够代替手动遥控操作机。
另外，声音输入设备8005包括车轮或机械式移动单元，向听见使用者的声音的方向移动且由内置有的麦克风正确地听懂命令，并且在显示部8008上显示其内容或能够进行显示部8008的触摸输入操作。
另外，声音输入设备8005可以被用作智能手机等便携式信息终端8009的充电基座。便携式信息终端8009及声音输入设备8005能够以有线或无线进行电力的接受。便携式信息终端8009因为在屋里内没有特别携带的必要，并且在确保必要的容量的同时需要回避对二次电池施加负载而导致劣化，所以优选通过声音输入设备8005能够进行二次电池的管理及维修。另外，声音输入设备8005包括扬声器8007及麦克风，因此即使对便携式信息终端8009进行充电时也可以免提通话。此外，在降低声音输入设备8005的二次电池的容量时，向箭头方向移动且通过连接于外部电源的充电模块8010以无线充电进行充电即可。
另外，可以将声音输入设备8005放在台上。此外，可以使声音输入设备8005设有车轮或机械式移动单元来移动到所希望的位置，或者声音输入设备8005不设有台或车轮而固定于所希望的位置，例如地板上等。
另外，除了电视广播接收用的显示装置之外，显示装置还包括所有显示信息用显示装置，例如个人计算机用显示装置或广告显示用显示装置等。
在图26中，安镶型照明装置8100是使用由控制充电的微处理器(包括APS)控制的二次电池8103的电子设备的一个例子。具体地说，照明装置8100包括框体8101、光源8102及二次电池8103等。虽然在图26中例示出二次电池8103设置在安镶有框体8101及光源8102的天花板8104的内部的情况，但是二次电池8103也可以设置在框体8101的内部。照明装置8100既可以接收来自商业电源的电力供应，又可以使用蓄积在二次电池8103中的电力。
另外，虽然在图26中例示出设置在天花板8104的安镶型照明装置8100，但是二次电池8103可以用于设置在天花板8104以外的例如侧壁8105、地板8106或窗户8107等的安镶型照明装置，也可以用于台式照明装置等。
另外，作为光源8102，可以使用利用电力人工性地得到光的人工光源。具体地说，作为上述人工光源的一个例子，可以举出白炽灯泡、荧光灯等放电灯以及LED或有机EL元件等发光元件。
在图26中，具有室内机8200及室外机8204的空调器是使用二次电池8203的电子设备的一个例子。具体地说，室内机8200包括框体8201、送风口8202及二次电池8203等。虽然在图26中例示出二次电池8203设置在室内机8200中的情况，但是二次电池8203也可以设置在室外机8204中。或者，也可以在室内机8200和室外机8204的双方中设置有二次电池8203。空调器可以接收来自商业电源的电力供应，也可以使用蓄积在二次电池8203中的电力。
在图26中，电冷藏冷冻箱8300是使用二次电池8304的电子设备的一个例子。具体地说，电冷藏冷冻箱8300包括框体8301、冷藏室门8302、冷冻室门8303及二次电池8304等。在图26中，二次电池8304设置在框体8301的内部。电冷藏冷冻箱8300可以接收来自商业电源的电力供应，也可以使用蓄积在二次电池8304中的电力。
另外，在不使用电子设备的时间段，尤其是在商业电源的供应源能够供应的电力总量中的实际使用的电力量的比率(称为电力使用率)低的时间段中，将电力蓄积在二次电池中，由此可以抑制在上述时间段以外的时间段中电力使用率增高。例如，在为电冷藏冷冻箱8300时，在气温低且不进行冷藏室门8302或冷冻室门8303的开关的夜间，将电力蓄积在二次电池8304中。并且，在气温高且进行冷藏室门8302或冷冻室门8303的开关的白天，将二次电池8304用作辅助电源，由此可以抑制白天的电力使用率。
二次电池不局限于安装在上述电子设备，也可以安装在所有电子设备。通过采用本发明的一个方式，可以提高二次电池的循环特性。因此，通过将控制本发明的一个方式的充电的微处理器(包括APS)安装在本实施方式所说明的电子设备，可以实现使用寿命更长的电子设备。本实施方式可以与其他实施方式适当地组合而实施。
首先，图27A至图27E示出将本发明的一个方式的蓄电系统安装在电子设备的例子。作为应用本发明的一个方式的蓄电系统的电子设备，例如可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的显示器、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机(也称为移动电话、移动电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置、弹珠机等大型游戏机等。
图27A示出移动电话机的一个例子。移动电话机7400除了组装在框体7401中的显示部7402之外还具备操作按钮7403、外部连接端口7404、扬声器7405、麦克风7406等。另外，移动电话机7400具有本发明的一个方式的蓄电系统。本发明的一个方式的蓄电系统例如包括蓄电池7407、上述实施方式所示的电池控制电路。
图27B示出使移动电话机7400弯曲的状态。在利用外部的力量使移动电话机7400变形而使其整体弯曲时，设置在其内部的蓄电池7407有时也会被弯曲。在此情况下，作为蓄电池7407，优选使用柔性蓄电池。图27C示出柔性蓄电池的被弯曲的状态。蓄电池与控制电路7408电连接。作为控制电路7408，可以使用上面实施方式所示的电池控制电路。
此外，也可以将具有柔性的蓄电池沿着在房屋及高楼的内壁或外壁、汽车的内部装修或外部装修的曲面组装。
图27D示出手镯型的显示装置的一个例子。便携式显示装置7100包括框体7101、显示部7102、操作按钮7103及本发明的一个方式的蓄电系统。本发明的一个方式的蓄电系统包括例如蓄电池7104、上面实施方式所示的电池控制电路。
图27E是手表型便携式信息终端的一个例子。便携式信息终端7200包括框体7201、显示部7202、带子7203、带扣7204、操作按钮7205、输入输出端子7206等。
便携式信息终端7200可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编写、音乐播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。
显示部7202的显示面是弯曲的，能够沿着弯曲的显示面进行显示。另外，显示部7202具备触摸传感器，可以用手指或触屏笔等触摸屏幕来进行操作。例如，通过触摸显示于显示部7202的图标7207，可以启动应用程序。
操作按钮7205除了时刻设定之外，还可以具有电源开关、无线通信的开关、静音模式的设置及取消、省电模式的设置及取消等各种功能。例如，通过利用组装在便携式信息终端7200中的操作系统，可以自由地设定操作按钮7205的功能。
另外，便携式信息终端7200可以执行被通信标准化的近距离无线通信。例如，通过与可无线通信的耳麦通信，可以进行免提通话。
另外，便携式信息终端7200具备输入输出端子7206，可以通过连接器直接向其他信息终端发送数据或从其他信息终端接收数据。另外，也可以通过输入输出端子7206进行充电。另外，充电工作也可以利用无线供电进行，而不利用输入输出端子7206。
便携式信息终端7200包括本发明的一个方式的蓄电系统。该蓄电系统包括蓄电池及上面实施方式所示的电池控制电路。
便携式信息终端7200优选包括传感器。作为传感器例如优选安装指纹传感器、脉搏传感器、体温传感器等人体传感器、触摸传感器、压力传感器、加速度传感器等。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式7)
在本实施方式中，对可以使用OS晶体管的市场形象进行说明。
<市场形象>
首先，在图28中示出可以使用OS晶体管的市场形象。在图28中，区域801表示可以应用于使用OS晶体管的显示器(Display)的产品区域(OS Display)，区域802表示可以将使用OS晶体管的LSI(Large Scale Integration；大规模集成电路)应用于模拟(analog)处理的产品区域(OSLSI analog)，区域803表示可以将使用OS晶体管的LSI应用于数字(digital)处理的产品区域(OS LSI digital)。将OS晶体管可以优选地应用于图28所示的区域801、区域802及区域803的三个区域，换言之，可以优选地应用于三个大市场。
此外，在图28中，区域804表示区域801与区域802重叠的区域，区域805表示区域802与区域803重叠的区域，区域806表示区域801与区域803重叠的区域，区域807表示区域801、区域802及区域803都重叠的区域。
在OS Display中例如可以优选地使用Bottom Gate型的OS FET(BG OSFET)、TopGate型的OS FET(TG OS FET)等FET结构。注意，Bottom Gate型的OS FET包括沟道蚀刻型的FET及沟道保护型的FET。另外，Top Gate型的OS FET包括TGSA(Top Gate Self-Aligned；顶栅自对准)型的FET。
此外，在OS LSI analog及OS LSI digital中例如可以优选地使用Gate Last型的OS FET(GL OS FET)。
注意，上面的晶体管分别包括一个栅电极的Single Gate结构的晶体管、两个栅电极的Dual Gate结构的晶体管、或者三个以上的栅电极的晶体管。另外，在Dual Gate结构的晶体管中尤其优选使用S-channel(surrounded channel)结构的晶体管。
另外，作为包含在OS Display(区域801)中的产品，可以举出将LCD(liquidcrystal display)、EL(Electro Luminescence)、及LED(Light Emitting Diode)用于显示装置的产品。另外，组合上述的显示装置和Q-Dot(Quantum Dot)也是优选的。
另外，在本实施方式中，EL包括有机EL及无机EL。此外，在本实施方式中，LED包括Micro LED、Mini LED及Macro LED。另外，在本说明书等中，有时将芯片的面积为10000μm2以下的发光二极管记载为Micro LED，将芯片的面积为大于10000μm2且1mm2以下的发光二极管记载为Mini LED，将芯片的面积为大于1mm2的发光二极管记载为Macro LED。
另外，作为包含在OS LSI analog(区域802)中的产品，可以举出对应于各种频率的音域(例如，频率为20Hz至20kHz的可闻声、或者20kHz以上的超声波等)的声源定位设备或电池控制用设备(电池控制用IC、电池保护用IC或电池管理系统)等。
另外，包含在OS LSI digital(区域803)中的产品，可以举出存储装置、CPU(Central Processing Unit)装置、GPU(Graphics Processing Unit)装置、FPGA(field-programmable gate array)装置、功率装置、使OS LSI和Si LSI层叠或混在一起的混合装置、发光装置等。
另外，作为包含在区域804中的产品，可以举出在显示区域中包括红外线传感器或近红外线传感器的显示装置、具备具有OSFET的传感器的信号处理装置、或者嵌入型生物传感器装置等。另外，作为包含在区域805中的产品，可以举出包括A/D(Analog to Digital；模拟数字)转换电路等的处理电路、或者包括该处理电路的AI(Artificial Intelligence；人工智能)装置等。此外，作为包含在区域806中的产品，可以举出应用PixelAI技术的显示装置等。另外，在本说明书等中，PixelAI技术是指活用由安装在显示器的像素电路的OSFET等构成的存储器的技术。
另外，作为包含在区域807中的产品，可以举出组合包含在上述区域801至区域806中的所有产品的复合产品。
本发明的一个方式的半导体装置像图28所示那样地可以应用于各种产品区域。就是说，本发明的一个方式的半导体装置可以应用于许多的市场。
本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。
(关于本说明书等的记载的附加说明)
下面，对上述实施方式及实施方式中的各结构的说明进行附加说明。
各实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而构成本发明的一个方式。另外，当在一个实施方式中示出了多个结构例子时，可以适当地组合这些结构例子。
另外，可以将某一实施方式中说明的内容(或其一部分)应用于该实施方式中说明的其他内容(或其一部分)及/或一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)、将某一实施方式中说明的内容(或其一部分)与该实施方式中说明的其他内容(或其一部分)及/或一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)组合、用某一实施方式中说明的内容(或其一部分)替换该实施方式中说明的其他内容(或其一部分)及/或一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)。
另外，实施方式中说明的内容是指在各实施方式中参照各个附图所说明的内容或者利用说明书所记载的文字说明的内容。
另外，通过将某一实施方式中示出的附图(或其一部分)与该附图的其他部分、该实施方式中示出的其他附图(或其一部分)及/或一个或多个其他实施方式中示出的附图(或其一部分)组合，可以构成更多的图。
此外，在本说明书等中，按照功能对构成要素进行分类并在区块中以彼此独立的方框表示。然而，有时也存在有在实际的电路等中难以按照功能区分构成要素、一个电路涉及到多个功能或者多个电路涉及到一个功能的情况。因此，方框图中的区块不限定于在说明书中说明过的构成要素，而可以根据情况适当地换个方式表述。
此外，为了便于说明，在附图中，任意示出尺寸、层的厚度或区域。因此，本发明并不限定于附图中的尺寸。此外，附图是为了明确起见而示意性地示出的，而不限定于附图所示的形状或数值等。例如，可以包括噪声引起的信号、电压或电流的不均匀、或者时间偏差引起的信号、电压或电流的不均匀等。
在本说明书等中，当说明晶体管的连接关系时，记载为“源极和漏极中的一个”(或者第一电极或第一端子)或“源极和漏极中的另一个”(或者第二电极或第二端子)。这是因为晶体管的源极和漏极根据晶体管的结构或工作条件等而改变。此外，根据情况可以将晶体管的源极和漏极适当地换称为源极(漏极)端子或源极(漏极)电极等。
此外，在本说明书等中，“电极”或“布线”这样的用语不在功能上限定其构成要素。例如，有时将“电极”用作“布线”的一部分，反之亦然。再者，“电极”或“布线”这样的用语还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。
另外，在本说明书等中，可以适当地换称电压和电位。电压是指与成为基准的电位之间的电位差，例如在成为基准的电位为接地电压时，可以将电压换称为电位。接地电位不一定意味着0V。此外，电位是相对的，对布线等供应的电位有时根据成为基准的电位而变化。
此外，在本说明书等中，根据情况或状况，可以互相调换“膜”和“层”等词句。例如，有时可以将“导电层”这个用语变更为“导电膜”这个用语。此外，例如，有时可以将“绝缘膜”这个用语变更为“绝缘层”这个用语。
在本说明书等中，开关是指具有通过变为导通状态(开启状态)或非导通状态(关闭状态)来控制是否使电流流过的功能的元件。或者，开关是指具有选择并切换电流的路径的功能的元件。
在本说明书等中，例如，沟道长度是指在晶体管的俯视图中，半导体(或在晶体管处于导通状态时在半导体中电流流过的部分)和栅极重叠的区域或者形成沟道的区域中的源极和漏极之间的距离。
在本说明书等中，例如，沟道宽度是指半导体(或在晶体管处于导通状态时在半导体中电流流过的部分)和栅极重叠的区域或者形成沟道的区域中的源极和漏极相对的部分的长度。
在本说明书等中，“A与B连接”除了包括A与B直接连接的情况以外，还包括A与B电连接的情况。在此，“A与B电连接”是指在A与B之间存在具有某种电作用的物件，能够在A和B之间进行电信号的授受。
[实施例1]
在本实施例中，对在改变二次电池的充电开始时的电压及温度时CC充电所需的时间及CV充电所需的时间的变化进行测定。
图29A、图29B、图30A及图30B示出CC充电所需的时间(下面记为时间Tccr)及CV充电所需的时间(下面记为时间Tcvr)和充电开始时的电压(以下，电压Vst)的关系。CC充电的上限电压为4.2V。
图29A示出二次电池的温度为45℃时的二次电池的时间Tccr及时间Tcvr和电压Vst的关系。在剩余容量SOC变大时电压Vst也上升。因此，观察到在电压Vst高时时间Tccr短的趋向。
另外，在与充电的上限电压相比电压Vst十分低的电压范围中，时间Tcvr的变化小而稳定，由此观察到对于电压Vst的依赖性低的趋向。另一方面，在电压Vst不达到上限电压的情况下，在电压Vst高的范围中，观察到随着电压Vst的上升，时间Tcvr降低的明显的依赖性。
图29B、图30A及图30B示出二次电池的温度分别为30℃、25℃及10℃时的二次电池的时间Tccr及时间Tcvr和电压Vst的关系。观察到随着温度的下降，时间Tccr稳定时的电压Vst的范围缩小的趋向。
如图29A、图29B、图30A及图30B所示那样，时间Tcvr受到由于二次电池的温度及时间Tccr的很大的影响。
[实施例2]
在本实施例中，对二次电池的充电所需的时间Tccr及时间Tcvr的循环带来的变化及二次电池的充电的工作进行评价。
进行二次电池的充放电循环。图31A、图31B及图31C分别示出第61次、第62次及第63次循环的充电曲线。在图31A、图31B及图31C中，横轴表示充电容量且纵轴表示充电的电压。
第63次的以虚线的圆形围绕的区域等中，观察到表示微短路的波形。
在得到表示微短路的波形的循环的上一个循环，即第62次循环中，与第61次循环相比，时间Tcvr，即恒压充电所需的时间明显地变长。此外，时间Tccr，即恒流充电时间也变长。
图32示出第60次至第64次充放电循环中的时间Tcvr及时间Tccr。横轴表示充放电循环的次数且纵轴表示时间Tcvr及时间Tccr。在表示微短路的循环的上一个循环中，可知增加时间Tcvr及时间Tccr。
[符号说明]
Hi：信号、I：电流、IN：端子、IN1：端子、IN2：端子、Iref：电流、Iss1：电流、Iss2：电流、Iss3：电流、Lo：信号、OUT：端子、OUT2：端子、Q：信号、QB：信号、RESET：信号、RESETB：信号、VB：电压、VC：电压、VR：电压、Vdd：高电位信号、Vin：电压、Vref1：电压、Vref2：高电位信号、Vref3：高电位信号、t1：时刻、t2：时刻、t3：时刻、t4：时刻、100：蓄电装置、101：控制电路、102：基准生成电路、103：定时器电路、104：调节器、105：电源、106：计数器、121：二次电池、131：电阻器、137：保护电路、140：晶体管、150：晶体管、152：晶体管、153：晶体管、156：线圈、160：电容器、161：电容器、162：开关、163：恒定电流源、164：比较器、165：晶体管、166：开关、167：恒定电流源、168：开关、169：开关、170：恒定电流源、171：比较器、172：比较器、173：恒定电流源、174：电容器、175：电容器、178：NAND电路、179：NAND电路、181：晶体管、182：晶体管、183：晶体管、184：晶体管、185：晶体管、186：晶体管、187：晶体管、188：晶体管、190：晶体管、191：电流供应部、192：电流供应部、193：电流供应部、194：晶体管、195：晶体管、196：晶体管、197：晶体管。

Claims (13)

1.一种蓄电装置，包括：
第一电路部；
第二电路部；
第三电路部；以及
二次电池，
其中，所述第三电路部包括比较器及电容器，
所述第一电路部具有控制所述二次电池的充电的功能，
所述第一电路部具有对所述第三电路部传送所述二次电池的充电的开始的功能，
所述第二电路部具有生成第一电压及第一电流并将其供应给所述第三电路部的功能，
所述第三电路部具有通过对所述电容器充电所述第一电流，生成第二电压的功能，
并且，所述比较器具有对所述第一电压和所述第二电压进行比较的功能。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，
其中所述第二电路部转换从所述第一电路部供应的数字信号并生成所述第一电压，
并且所述第一电压为模拟信号。
3.根据权利要求1所述的蓄电装置，
其中所述第三电路部包括第一晶体管，
所述第一晶体管的沟道形成区域包含铟、锌及元素M，
元素M为铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨及镁中的一个以上的元素，
所述比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个与所述电容器中的一个电极电连接，
所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的另一个与所述第一晶体管的源极及漏极中的一个电连接，
并且具有通过使所述第一晶体管处于关闭状态来使所述第一晶体管的所述源极及所述漏极中的一个保持所述第一电压的功能。
4.根据权利要求1所述的的蓄电装置，
其中所述第三电路部包括第二晶体管，
所述第二晶体管的沟道形成区域包含铟、锌及元素M，
元素M为铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨及镁中的一个以上的元素，
并且所述第二晶体管的源极及漏极中的一个与所述电容器中的一个电极电连接。
5.一种蓄电装置的工作方法，
所述蓄电装置包括：
第一电路部；
第二电路部；
第三电路部；以及
二次电池，
其中所述第一电路部具有控制所述二次电池的充电的功能，
所述蓄电装置的工作方法包括：
在所述第二电路部中生成第一电压及第一电流的第一步骤；
将所述第一电压及所述第一电流供应给所述第三电路部的第二步骤；
对所述二次电池供应电流并开始充电的第三步骤；
将传送所述第三步骤中的充电的开始的第一信号从所述第一电路部供应给所述第三电路部的第四步骤；
所述第三电路部生成对应于从所述充电的开始时刻的经过时间的第二电压的第五步骤；以及
对所述第一电压和所述第二电压进行比较的第六步骤。
6.根据权利要求5所述的蓄电装置的工作方法，
其中所述第三电路部包括电容器，
并且在所述第五步骤中，所述第三电路部对所述电容器充电相当于所述第一电流和所述经过时间的积的电荷量，作为所述第二电压得到所述电容器的两端的电极的电位差。
7.根据权利要求5所述的蓄电装置的工作方法，
其中在所述第一步骤中，所述第二电路部转换从所述第一电路部供应的数字信号并生成所述第一电压，
并且所述第一电压为模拟信号。
8.根据权利要求5所述的蓄电装置的工作方法，
其中所述第三电路部包括比较器及晶体管，
所述比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个与所述晶体管的源极及漏极中的一个电连接，
在所述第二步骤中，对所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个供应所述第一电压，
在所述第三步骤至所述第六步骤中，通过使所述晶体管处于关闭状态来保持供应给所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个的所述第一电压，
并且在所述第五步骤中，对所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的另一个供应所述第二电压。
9.根据权利要求5所述的蓄电装置的工作方法，
其中所述第三电路部包括电容器，
根据所述第一信号开始对所述电容器的所述第一电流的充电，
并且所述第二电压对应于所述电容器的两端的电位差。
10.一种蓄电装置的工作方法，
所述蓄电装置包括：
第一电路部；
第二电路部；
第三电路部；
温度传感器；以及
二次电池，
其中所述第一电路部包括运算电路及存储器，
并且所述第一电路部具有控制所述二次电池的充电的功能，
所述蓄电装置的工作方法包括：
对所述二次电池供应电流且在第一时刻开始第一充电的第一步骤；
在第二时刻结束所述第一充电的第二步骤；
将由所述温度传感器测定的温度、所述第一时刻及所述第二时刻供应给所述存储器的第三步骤；
在所述第一电路部中，使用所述存储器储存的所述温度、所述第一时刻及所述第二时刻通过所述运算电路进行运算而决定第一电压的大小的第四步骤；
在所述第二电路部中，生成通过所述运算决定大小的第一电压及第一电流的第五步骤；
对所述第三电路部供应所述第一电压及所述第一电流的第六步骤；
对所述二次电池供应电流且开始第二充电的第七步骤；
将传送所述第七步骤中的第二充电的开始的第一信号从所述第一电路部供应给所述第三电路部的第八步骤；
所述第三电路部生成对应于从所述充电的开始时刻的经过时间的第二电压的第九步骤；以及
对所述第一电压和所述第二电压进行比较的第十步骤，
其中所述第一充电为CC充电，所述第二充电为CV充电。
11.根据权利要求10所述的蓄电装置的工作方法，
其中所述第三电路部包括电容器，
并且所述第八步骤中，所述第三电路部对所述电容器充电相当于所述第一电流和所述经过时间的积的电荷量，作为所述第二电压得到所述电容器的两端的电极的电位差。
12.根据权利要求10所述的蓄电装置的工作方法，
其中在所述第五步骤中，所述第二电路部转换从所述第一电路部供应的数字信号并生成所述第一电压，
并且所述第一电压为模拟信号。
13.根据权利要求10所述的蓄电装置的工作方法，
其中所述第三电路部包括比较器及晶体管，
所述比较器的非反相输入端子及反相输入端子中的一个与所述晶体管的源极及漏极中的一个电连接，
在所述第六步骤中，对所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个供应所述第一电压，
在所述第六步骤至所述第十步骤中，通过使所述晶体管处于关闭状态来保持供应给所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的一个的所述第一电压，
并且在所述第九步骤中，对所述比较器的所述非反相输入端子及所述反相输入端子中的另一个供应所述第二电压。
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