CN113785344A - 半导体装置及半导体装置的工作方法 - Google Patents

半导体装置及半导体装置的工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113785344A
CN113785344A CN202080032046.5A CN202080032046A CN113785344A CN 113785344 A CN113785344 A CN 113785344A CN 202080032046 A CN202080032046 A CN 202080032046A CN 113785344 A CN113785344 A CN 113785344A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
insulator
signal
conductor
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080032046.5A
Other languages
English (en)
Inventor
木村清贵
小林英智
池田隆之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Publication of CN113785344A publication Critical patent/CN113785344A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
    • G09G3/32—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED]
    • G09G3/3208—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED]
    • G09G3/3225—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED] using an active matrix
    • G09G3/3233—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED] using an active matrix with pixel circuitry controlling the current through the light-emitting element
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
    • G09G3/32—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED]
    • G09G3/3208—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED]
    • G09G3/3275—Details of drivers for data electrodes
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3648—Control of matrices with row and column drivers using an active matrix
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3674—Details of drivers for scan electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1222—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer
    • H01L27/1225—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer with semiconductor materials not belonging to the group IV of the periodic table, e.g. InGaZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2300/00—Aspects of the constitution of display devices
    • G09G2300/04—Structural and physical details of display devices
    • G09G2300/0439—Pixel structures
    • G09G2300/0465—Improved aperture ratio, e.g. by size reduction of the pixel circuit, e.g. for improving the pixel density or the maximum displayable luminance or brightness
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/02—Addressing, scanning or driving the display screen or processing steps related thereto
    • G09G2310/0264—Details of driving circuits
    • G09G2310/0291—Details of output amplifiers or buffers arranged for use in a driving circuit
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/02—Improving the quality of display appearance
    • G09G2320/0252—Improving the response speed
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/04—Maintaining the quality of display appearance
    • G09G2320/041—Temperature compensation
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2330/00—Aspects of power supply; Aspects of display protection and defect management
    • G09G2330/02—Details of power systems and of start or stop of display operation
    • G09G2330/021—Power management, e.g. power saving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate
    • H01L29/78648—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate arranged on opposing sides of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays

Abstract

提供一种功耗低的半导体装置。此外，提供一种高速工作的半导体装置。此外，提供一种电路面积小的半导体装置。此外，提供一种新颖半导体装置。本发明是一种半导体装置，其中信号线在第一节点和第二节点之间与多个像素电连接，放大电路具有将被供应的电流放大并供应到第一节点的功能，模拟数字转换电路具有将第一节点的电位转换为第一信号的功能以及将第二节点的电位转换为第二信号的功能，检测电路具有对比第一信号和第二信号来生成第三信号的功能，放大电路的电流放大率根据第三信号而决定。

Description

半导体装置及半导体装置的工作方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种半导体装置及其工作方法以及电子设备。本发明的一个方式涉及一种显示装置及其工作方法。本发明的一个方式涉及一种显示装置的制造方法。本发明的一个方式涉及一种晶体管及晶体管的制造方法。
注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本说明书等所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置、输入输出装置、这些装置的驱动方法或制造方法。半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。
背景技术
作为可用于晶体管的半导体材料，使用金属氧化物的氧化物半导体受到瞩目。例如，专利文献1公开了如下半导体装置：层叠有多个氧化物半导体层，在该多个氧化物半导体层中，被用作沟道的氧化物半导体层包含铟及镓，并且铟的含量比高于镓的含量比，使得场效应迁移率(有时简称为迁移率或μFE)得到提高的半导体装置。
由于能够用于半导体层的金属氧化物可以利用溅射法等形成，所以可以用于构成大型显示装置的晶体管的半导体层。此外，因为可以将使用多晶硅或非晶硅的晶体管的生产设备的一部分改良而利用，所以还可以抑制设备投资。此外，与使用非晶硅的晶体管相比，使用金属氧化物的晶体管具有高场效应迁移率，所以可以实现设置有驱动电路的高性能的显示装置。
此外，作为用来增强现实(AR：Augmented Reality)或虚拟现实(VR：VirtualReality)的显示装置，可穿戴型显示装置、固定式显示装置逐渐普及。作为可穿戴型显示装置，例如有头戴显示器(HMD：Head Mounted Display)或眼镜型显示装置等。作为固定式显示装置，例如有平视显示器(HUD：Head-Up Display)等。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2014-7399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目的之一是提供一种功耗低的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种高速工作的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种电路面积小的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种显示元件的密度高的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种显示元件数多的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种像素数多的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种清晰度高的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种廉价的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种小型半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够显示高分辨率的图像的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够显示高质量图像的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够显示富有临场感的图像的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够显示高亮度图像的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种高动态范围的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种被窄边框化了的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的显示装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的电子设备。
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。此外，上述以外的目的是可以从说明书、附图、权利要求书等的记载衍生出来的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括信号线、多个像素、模拟数字转换电路、检测电路以及放大电路，信号线包括第一节点及第二节点，信号线在第一节点和第二节点之间与多个像素电连接，放大电路具有将被供应的电流放大并供应到第一节点的功能，模拟数字转换电路具有将第一节点的电位转换为第一信号的功能以及将第二节点的电位转换为第二信号的功能，检测电路具有对比第一信号和第二信号来生成第三信号的功能，放大电路的电流放大率根据第三信号而决定。
另外，在上述结构中，优选的是，多个像素的每一个包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管，金属氧化物包含元素M(M是Al、Ga、Y或Sn)、Zn。
另外，在上述结构中，多个像素的每一个优选包括显示元件。
另外，在上述结构中，模拟数字转换电路、检测电路及放大电路中的一个以上优选包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
另外，在上述结构中，模拟数字转换电路、检测电路及放大电路中的一个以上优选具有与多个像素中的一个以上重叠的区域。
另外，本发明的一个方式是一种半导体装置，其中层叠设置有第一层和第二层，第一层包括配置为矩阵状的n个源极驱动电路(n是2以上的整数)，第二层包括配置为矩阵状的n个块，n个块的每一个包括信号线以及与信号线电连接的多个像素，第j源极驱动电路(j是1以上且n以下的整数)与第j块所包括的信号线的一端及另一端电连接，第j源极驱动电路具有以所希望的放大率将被供应的图像数据放大并将放大的图像数据供应到第j块所包括的信号线的一端的功能，第j源极驱动电路具有对比第j块所包括的信号线的一端和另一端的电位，根据对比结果决定放大率的功能。
另外，在上述结构中，优选的是，多个像素的每一个包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管，金属氧化物包含元素M(M是Al、Ga、Y或Sn)、Zn。
另外，在上述结构中，n个源极驱动电路的每一个优选包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
另外，在上述结构中，第j源极驱动电路和第j块具有俯视时的距离为30μm以内的区域。
另外，本发明的一个方式是一种半导体装置，该半导体装置包括信号线、各自包括布线的多个像素、模拟数字转换电路、检测电路以及放大电路，信号线具有第一区域、第二区域，多个像素所包括的各布线在信号线的第一区域和第二区域之间具有与信号线重叠的区域，放大电路包括被供应图像信号的第一输入端子、被供应决定放大电路的放大率的信号的第二输入端子、以及输出放大图像信号而成的信号且电连接到第一区域的第一输出端子，模拟数字转换电路包括电连接到第一区域的第三输入端子、电连接到第二区域的第四输入端子、以及电连接到检测电路的第二输出端子，检测电路包括电连接到第二输入端子的第三输出端子。
另外，在上述结构中，模拟数字转换电路优选具有输出基于第一区域和第二区域的电位差的信号的功能。
另外，本发明的一个方式是一种包括具有采用上述中的任意半导体装置的显示部的取景器以及透镜的摄像装置。
另外，本发明的一个方式是一种包括采用上述中的任意半导体装置的显示部、透镜以及带状固定件的头戴显示器。
另外，在具有上述结构的头戴显示器中，显示部优选弯曲。
另外，本发明的一个方式是一种半导体装置的工作方法，该半导体装置中层叠设置有第一层和第二层，第一层包括模拟数字转换电路、检测电路、放大电路、电流调节部以及电流生成电路，第二层包括信号线、多个像素，放大电路包括第一输入端子、第二输入端子、输出端子，信号线包括第一节点及第二节点，信号线在第一节点和第二节点之间与多个像素电连接，第一节点及第二节点与模拟数字转换电路电连接，模拟数字转换电路与检测电路电连接，放大电路的输出端子与第一节点电连接，放大电路的第一输入端子被供应图像信号，放大电路的第二输入端子与电流调节部电连接，电流生成电路与电流调节部电连接，该工作方法包括如下步骤：第一节点的电位及第二节点的电位都被供应到模拟数字转换电路的第一步骤；在模拟数字转换电路中，将第一节点的电位及第二节点的电位分别转换为第一信号及第二信号并供应到检测电路的第二步骤；在检测电路中，进行第一信号和第二信号的对比，根据对比结果的第三信号被供应到电流调节部的第三步骤；将电流从电流生成电路经过电流调节部供应到放大电路的第二输入端子的第四步骤；以及放大图像信号而成的信号从放大电路的输出端子被供应到第一节点的第五步骤。
另外，在上述结构中，优选的是，图像信号是将k位数字信号(k是2以上的整数)转换为模拟值的信号，第一信号及第二信号是m位数字信号(m是1以上的整数)，k大于m。
另外，在上述结构中，优选的是，在第三步骤中第一信号和第二信号一致，在第四步骤中供应到第二输入端子的电流被减弱。
另外，在上述结构中，优选的是，多个像素的每一个包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管，金属氧化物包含元素M(M是Al、Ga、Y或Sn)、Zn。
另外，在上述结构中，多个像素的每一个优选包括显示元件。
另外，在上述结构中，模拟数字转换电路、检测电路及放大电路中的一个以上优选包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
发明效果
根据本发明的一个方式，可以提供一种功耗低的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种高速工作的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种电路面积小的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种显示元件的密度高的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种显示元件数多的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种像素数多的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种清晰度高的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种廉价的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种可靠性高的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种小型半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种能够显示高分辨率的图像的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种能够显示高质量图像的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种能够显示富有临场感的图像的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种能够显示高亮度图像的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种高动态范围的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种被窄边框化了的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的半导体装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的半导体装置的工作方法。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的显示装置。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的显示装置的工作方法。此外，根据本发明的一个方式，可以提供一种新颖的电子设备。
注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。注意，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。此外，上述以外的效果是可以从说明书、附图、权利要求书等的记载衍生出来的。
附图简要说明
图1A是示出半导体装置的一个例子的图。图1B是电路图的一个例子。
图2A是电路图的一个例子。图2B是电路图的一个例子。
图3A是示出半导体装置的工作例子的图。图3B是示出半导体装置的工作例子的图。
图4A是电路图的一个例子。图4B是电路图的一个例子。图4C是布线的俯视图的一个例子。
图5是示出半导体装置的工作例子的图。
图6A是方框图的一个例子。图6B是方框图的一个例子。
图7A是示出源极驱动器和块的配置例子的图。图7B是示出源极驱动器和块的配置例子的图。
图8A是示出源极驱动器和块的配置例子的图。图8B是示出源极驱动器和块的配置例子的图。
图9A是示出源极驱动器和块的配置例子的图。图9B是电路图的一个例子。
图10是电路图的一个例子。
图11是电路图的一个例子。
图12A是电路图的一个例子。图12B是电路图的一个例子。
图13A、图13B、图13C、图13D及图13E是像素的一个例子。
图14A、图14B及图14C是示出像素的一个例子的电路图。
图15是半导体装置的截面图的一个例子。
图16是半导体装置的截面图的一个例子。
图17是半导体装置的截面图的一个例子。
图18是半导体装置的截面图的一个例子。
图19是半导体装置的截面图的一个例子。
图20是半导体装置的截面图的一个例子。
图21A、图21B、图21C、图21D及图21E是示出发光元件的结构实例的图。
图22A是示出晶体管的一个例子的俯视图。图22B是示出晶体管的一个例子的截面图。图22C是示出晶体管的一个例子的截面图。
图23A是示出晶体管的一个例子的俯视图。图23B是示出晶体管的一个例子的截面图。图23C是示出晶体管的一个例子的截面图。
图24A是示出晶体管的一个例子的俯视图。图24B是示出晶体管的一个例子的截面图。图24C是示出晶体管的一个例子的截面图。
图25A、图25B、图25C、图25D及图25E是示出电子设备的一个例子的图。
图26A、图26B、图26C、图26D、图26E、图26F及图26G是示出电子设备的一个例子的图。
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，在本说明书所说明的各个附图中，有时为了容易理解，夸大表示各构成要素的大小、层的厚度、区域。
在本说明书中使用的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附记的，而不是为了在数目方面上进行限定的。
在本说明书中，为了方便起见，使用“上”、“下”等表示配置的词句以参照附图说明构成要素的位置关系。此外，构成要素的位置关系根据描述各构成要素的方向适当地改变。因此，不局限于说明书中所说明的词句，根据情况可以适当地换词句。
此外，在本说明书等中，在晶体管的极性或电路工作中的电流方向变化等的情况等下，晶体管所包括的源极及漏极的功能有时相互调换。因此，“源极”和“漏极”的词语可以相互调换。
在本说明书等中，“电连接”包括通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。在此，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。例如，“具有某种电作用的元件”不仅包括电极和布线，而且还包括晶体管等的开关元件、电阻器、电感器、电容器、其他具有各种功能的元件等。
此外，在本说明书等中，可以将“膜”和“层”的词句相互调换。例如，有时可以将“导电层”、“绝缘层”等的词句换为“导电膜”、“绝缘膜”。
此外，在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关态电流(off-statecurrent)是指晶体管处于关闭状态(也称为非导通状态、遮断状态)时的漏极电流。在没有特别的说明的情况下，在n沟道晶体管中，关闭状态是指栅极与源极间的电压Vgs低于阈值电压Vth(p沟道型晶体管中Vgs高于Vth)的状态。
在附图中，为便于清楚地说明，有时夸大表示大小、层的厚度或区域。因此，本发明并不一定限定于上述尺寸。此外，在附图中，示意性地示出理想的例子，因此本发明不局限于附图所示的形状或数值等。例如，在实际的制造工序中，有时由于蚀刻等处理而层或抗蚀剂掩模等非意图性地被减薄，但是为了便于理解有时省略图示。此外，在附图中，有时在不同的附图之间共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能及材料等的部分，而省略其重复说明。此外，当表示具有相同功能及材料等的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。
在本说明书等中，金属氧化物(metal oxide)是指广义上的金属的氧化物。金属氧化物被分类为氧化物绝缘体、氧化物导电体(包括透明氧化物导电体)和氧化物半导体(也称为Oxide Semiconductor或者简称为OS)等。例如，在将金属氧化物用于晶体管的活性层的情况下，有时将该金属氧化物称为氧化物半导体。换言之，可以将OS FET称为包含氧化物或氧化物半导体的晶体管。
此外，在本说明书等中，“电极”、“布线”等词句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”还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。
此外，在本说明书等中，电路中的“端子”是指进行电流的输入或输出、电压的输入或输出或者信号的接收或发送的部分。因此，布线或电极的一部分有时被用作端子。
(实施方式1)
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的半导体装置。
本发明的一个方式涉及一种层叠第一层及第二层而成的半导体装置。第一层包括具有对设置在第二层中的像素供应信号的功能的第一电路，第二层具有多个像素配置为矩阵状的区域。第一电路以具有与该区域重叠的区域的方式设置。由此，可以实现本发明的一个方式的半导体装置的小型化。
或者，本发明的一个方式是一种包括设置在第一层中的源极驱动电路、以及设置在第二层中的显示部的半导体装置。借助于具有与显示部重叠的区域的源极驱动电路，比起源极驱动电路与显示部不重叠的半导体装置来，半导体装置例如能够以更高速度工作。由此，比起源极驱动电路与显示部不重叠的半导体装置来，可以提高本发明的一个方式的半导体装置的显示部的清晰度。例如，可以将本发明的一个方式的半导体装置的显示部的像素密度设定为1000ppi以上、5000ppi以上或10000ppi。
<半导体装置的结构实例1>
图1A是示出半导体装置10的结构实例的方框图。半导体装置10包括层20以及层叠在层20的上方的层30。
在层20和层30之间可以设置层间绝缘层。在图1A中，层30层叠在层20的上方的例子，但是在本发明的一个方式的半导体装置中例如层20可以形成在层30的上方。
层20及层30都设置有半导体元件。更具体而言，例如，晶体管设置在层20和层30中。设置在层20中的晶体管所包括的半导体层与设置在层30中的晶体管所包括的半导体层的厚度方向的距离例如是30μm以下、20μm以下或者15μm以下。
层20包括多个源极驱动电路22。多个源极驱动电路22例如配置为矩阵状。
层30包括像素阵列33及栅极驱动电路21。像素阵列33例如被用作显示部。像素阵列33中配置有多个块12及多个布线31。多个块12例如配置为矩阵状。块12包括多个像素34以及一个布线32。布线32与多个像素34的每一个电连接。
在图1A所示的例子中，配置在同一列上的像素被分割成四个，分割的各像素构成块12。同一列上配置有四个块12。在此，“配置在同一列上”例如是指沿着图1A所示的y方向上排列。
一个源极驱动电路22与一个块12电连接。如图1A所示，彼此电连接的源极驱动电路22和块12优选具有重叠的区域。另外，更优选的是，块12的数量和源极驱动电路22的数量相同。另外，更优选的是，在x方向上排列的块12的数量与在x方向上排列的源极驱动电路22的数量相同。另外，更优选的是，在y方向上排列的块12的数量与在y方向上排列的源极驱动电路22的数量相同。
同一行上的像素34通过布线31与栅极驱动电路21电连接。一个布线31例如跨着多个块12而电连接同一行上的像素34。布线31被用作扫描线，布线32被用作信号线(有时被称为数据线)。
另外，一行的像素34也可以通过两个以上的布线31电连接。就是说，一个像素34也可以与两个以上的扫描线电连接。例如，一个像素34可以包括两个以上的晶体管，各晶体管的栅极与不同的布线31电连接。另外，一个布线31也可以与两行以上的像素34电连接。就是说，两行以上的像素34也可以共用一个布线31。
栅极驱动电路21具有生成用来控制像素34的工作的信号并将该信号通过布线31供应给像素34的功能。源极驱动电路22具有将信号通过布线32供应给像素34的功能。
注意，在图1A中示出在层30中设置栅极驱动电路21的例子，但是也可以在层20中设置栅极驱动电路21。
从源极驱动电路22将图像信号供应给像素阵列33，从栅极驱动器供应信号，例如供应扫描信号，由此像素阵列33可以被用作显示部。显示部例如具有显示对应于源极驱动电路22对像素34供应的图像信号的图像的功能。具体而言，通过从像素34发射具有对应于上述图像信号的亮度的光，在像素阵列33上显示图像。
在图1A中，以双点划线表示层20与层30的位置关系，用双点划线连接的层20的白圈和层30的白圈彼此重叠。此外，在其他附图中有时与此同样表示。
通过以具有彼此重叠的区域的方式层叠设置源极驱动电路22和块12，可以实现半导体装置10的窄边框化及小型化。在此，边框例如是指像素阵列33以外的电路区域。
在采用源极驱动电路22和像素阵列33不重叠的结构的情况下，例如源极驱动电路22配置在像素阵列33的外侧。相对于此，在本发明的一个方式的半导体装置中，在彼此重叠的层中分别设置源极驱动电路22和像素阵列33，因此，比起源极驱动电路22和像素阵列33不重叠的结构来，例如能够以更高速度进行工作。因此，可以进一步提高像素阵列33的清晰度。例如，可以将本发明的一个方式的像素密度设定为1000ppi以上、5000ppi以上或10000ppi以上。
图2A及图2B示出块12和源极驱动电路22的电路图。
源极驱动电路22包括模拟数字转换电路AD1、检测电路SE1、放大电路AM1及电流调节部14。
另外，源极驱动电路22优选包括电流生成电路CU1。电流生成电路CU1具有通过电流调节部14将电流供应到放大电路AM1的功能。从电流生成电路CU1通过电流调节部14被供应到放大电路AM1的电流(以下，电流Ir1)有时被称为参考电流。
电流生成电路CU1可以没有设置在源极驱动电路22中而包括在半导体装置10中的其他电路中。另外，电流生成电路CU1例如也可以没有设置在每一个源极驱动电路22中。例如，多个源极驱动电路22也可以共用电流生成电路CU1。
块12所包括的多个像素34在布线32的一端和另一端之间依次进行连接。
布线32具有第一区域及第二区域。电连接到块12所包括的像素34的布线31的每一个例如具有在该第一区域和该第二区域之间的区域与布线32重叠的区域。图4C是布线32与分别电连接到像素34的多个布线31的配置的一个例子的俯视图。布线32具有区域37及区域38。多个布线31在区域37和区域38之间的区域具有与布线32重叠的区域。注意，在图4C中，示出在区域37和区域38之间的区域布线32的形状为直线状的例子，但是在区域37和区域38之间的区域布线32的形状也可以不是直线状。例如，在区域37和区域38之间的区域布线32的形状也可以是弯曲形状。在区域37和区域38之间的区域布线32也可以具有角部。
在图2A及图2B中，块12所包括的多个像素34在节点ND1和节点ND2之间与布线32电连接。例如，节点ND1有时是指上述第一区域(例如图4C的区域37)。例如，节点ND2有时是指上述第二区域(例如图4C的区域38)。
图1B示出节点ND1和节点ND2之间的电阻及电容的例子。将布线32的布线电阻表示为电阻R1，将起因于电连接到布线32的像素34的寄生电容表示为电容C1。在节点ND1和节点ND2之间，例如由于布线32的引绕等而产生电阻R1，由于电连接到布线32的寄生电容而产生电容C1。因为布线32具有这样的电阻成分或电容成分，所以在将电位供应到节点ND1之后节点ND2的电位变为与该电位相同的电位需要一定的有限时间。在本说明书等中，有时将在将电位供应到布线32的节点ND1之后节点ND2的电位变为与该电位相同的电位的现象称为布线32的充电。
放大电路AM1具有将供应到端子IN1的信号放大并供应到布线32的节点ND1的功能。
模拟数字转换电路AD1与节点ND1、节点ND2及检测电路SE1电连接。
节点ND1被供应信号，进行向多个像素34中的被选择像素的写入。对布线32进行根据该信号的电位的充电。充电结束后节点ND2的电位与节点ND1的电位大致相同。通过缩短充电所需要的时间，可以提高写入速度。
通过检测并对比节点ND1的电位和节点ND2的电位，可以把握向布线32的充电情况。
当节点ND1的电位和节点ND2的电位之差较大时，在布线32的充电中需要比该差较小时大的功率。在本发明的一个方式的半导体装置中，在节点ND1的电位和节点ND2的电位之差较大时增高充电功率且在该差较小时降低充电功率，由此可以在抑制功耗的同时提高写入速度。
在本发明的一个方式的半导体装置中，使用检测电路SE1检测并对比节点ND1和节点ND2的电位。在此，在半导体装置中，在从节点ND1及节点ND2到检测电路SE1的布线长度过大时，由于布线的引绕而产生的负载变大，因此有浪费功耗、导致到检测电路SE1有延迟等担扰。例如，在源极驱动电路22不与像素阵列33重叠而设置在像素阵列33的外侧的情况下，节点ND1及节点ND2与检测电路SE1之间的布线长度有时变大。相对于此，在本发明的一个方式的半导体装置中，设置有被设置检测电路SE1的源极驱动电路22的层20与设置有块12的层30上下重叠，例如优选具有块12和与该块对应的源极驱动电路22彼此重叠的区域，因此可以缩短节点ND1及节点ND2与检测电路SE1之间的布线长度。
另外，在本发明的一个方式的半导体装置中，通过分割配置在同一列上的像素，可以缩短到检测电路SE1的距离。注意，在图1A中示出将配置在同一列上的像素分割成四个的例子，但是分割数可以为3以下，也可以为5以上。分割数例如是2以上且10以下，更优选为3以上且6以下。注意，当像素数更少，例如是140万像素以下或者40万像素以下时，也可以不进行分割。
充电功率的调节例如调节放大电路AM1的电流放大率及阻抗变换率等来进行。
放大电路AM1的端子IN1例如被供应图像信号。优选在被供应的图像信号的电压保持为一定的状态下由放大电路AM1放大电流。此外，有时将被供应信号的布线称为端子。
在本发明的一个方式的半导体装置中，放大电路AM1具有进行阻抗变换的功能。放大电路AM1例如优选具有输出比输入阻抗低的阻抗的功能。作为放大电路AM1可以使用电压跟随器。此外，在作为放大电路使用具有差动输入电路的电路的情况下，该差动输入电路的偏移电压优选为0V或尽量接近0V。
在放大电路AM1中使输入阻抗和输出阻抗之差变大，由此可以增大供应到节点ND1的信号的电流值且可以提高向像素34的信号写入速度。另一方面，由于输入阻抗和输出阻抗之差变大，放大电路AM1的功耗增大。例如在增加电流Ir1的值时，输入阻抗和输出阻抗之差变大，放大电路AM1的功耗增大。此外，例如在降低电流Ir1的值时，放大电路AM1的功耗减少。
层20例如与放大电路AM1电连接，并包括设置在层20中的第一布线。该第一布线例如与放大电路AM1的输出端子电连接。此外，该第一布线例如具有与布线32重叠的区域。此外，该第一布线例如具有与图4C的区域37重叠的区域。
该第一布线例如通过设置在层20和层30之间的绝缘层中的第一插头与区域37电连接。区域37例如具有与该第一插头重叠的区域。
层20例如与模拟数字转换电路AD1电连接，并包括设置在层20中的第二布线。该第二布线例如与模拟数字转换电路AD1的输入端子电连接。此外，该第二布线例如具有与布线32重叠的区域。此外，该第二布线例如具有与图4C的区域38重叠的区域。
该第二布线例如通过设置在层20和层30之间的绝缘层中的第二插头与区域38电连接。区域38例如具有与该第二插头重叠的区域。
以下，详细地说明包括检测电路SE1及模拟数字转换电路AD1的结构的一个例子。
将节点ND1的电位记载为电位Vn1，将节点ND2的电位记载为电位Vn2。检测电路SE1具有输出基于电位Vn1和电位Vn2之差的信号的功能。例如，在电位Vn1和电位Vn2之差大于某个值时输出第一信号，在小于某个值时输出第二信号。例如，第一信号和第二信号中的一个是高电位信号和低电位信号中的一个，第一信号和第二信号中的另一个是高电位信号和低电位信号中的另一个。
模拟数字转换电路AD1具有将模拟信号转换为数字信号的功能。在本发明的一个方式的半导体装置中，利用模拟数字转换电路AD1将电位Vn1和电位Vn2转换为数字值。将由模拟数字转换电路AD1转换电位Vn1而得的结果记载为电位Dn1，将由模拟数字转换电路AD1转换电位Vn2而得的结果记载为电位Dn2。检测电路SE1具有对比电位Dn1和电位Dn2并输出根据该对比结果的信号的功能。模拟数字转换电路AD1的输出例如被供应到检测电路SE1。
在此，电位Vn1和电位Vn2被转换为离散值。因此，在电位Vn1和电位Vn2的值不同但相近时，转换的数字值(即，电位Dn1和电位Dn2)有时一致。
模拟数字转换电路AD1所输出的数字值的位数越低，即使电位Vn1和电位Vn2之差较大也转换的数字值可能越容易一致。
通过将模拟数字转换电路AD1所输出的数字值的位数设定为低，可以使模拟数字转换电路AD1的结构变得更简单，有时可以降低模拟数字转换电路AD1的功耗。另外，可以缩小模拟数字转换电路AD1的面积。
电位Dn1和电位Dn2一致例如意味着电位Vn1和电位Vn2之差小(具体而言，例如比离散值的间隔小)或者电位Vn1和电位Vn2之间没有差异。当电位Vn1和电位Vn2之差小或者电位Vn1和电位Vn2之间没有差异时，降低布线32的充电功率即可。由此，降低来自放大电路AM1的输出即可。因此，例如，检测电路SE1在检测出电位Dn1和电位Dn2的一致时例如将降低电流Ir1的信号供应到电流调节部14即可。
电流调节部14具有利用从电流生成电路CU1供应的电流输出电流Ir1的功能。电流Ir1根据从检测电路SE1供应的信号被调节。
图2B示出电流调节部14包括开关SWC1的例子。电流生成电路CU1输出电流i(1)及电流i(2)。电流i(1)被供应到放大电路AM1，电流i(2)被供应到开关SWC1。在开关SWC1处于开启状态的情况下，电流i(2)经过开关SWC1被供应到放大电路AM1，在开关SWC1处于关闭状态的情况下，电流i(2)不被供应到放大电路AM1。电流调节部14可以通过控制开关SWC1的状态来调节供应到放大电路AM1的电流Ir1。
在图2B中，检测电路SE1的输出被供应到开关SWC1。开关SWC1的状态根据来自检测电路SE1的信号被控制。例如在检测电路SE1检测出电位Dn1和电位Dn2的一致时，将所希望的信号，例如为低电位信号供应到开关SWC1，使开关SWC1处于关闭状态，减小供应到放大电路AM1的电流值。
此外，如图2B所示，源极驱动电路22例如包括电路16。电路16包括数字模拟转换电路DA1。此外，在图2B中，半导体装置10包括电路40。
电路40例如设置在层20中。电路40例如配置在配置有多个源极驱动电路22的源极驱动电路群的外侧。或者，也可以在多个源极驱动电路之间配置电路40。此外，半导体装置10也可以包括多个电路40。
电路40的总数优选少于源极驱动电路22的总数。例如，优选对于多个源极驱动电路22设置一个电路40。
电路40将信号供应到电路16，电路16所包括的数字模拟转换电路DA1将信号供应到放大电路AM1的输入端子。
电路40具有如下功能：接收被用作由源极驱动电路22生成并供应到像素阵列的信号的基础的数据，使用该接收数据进行数字信号的生成等。在电路40中生成的信号例如储存在电路16所包括的寄存器等中。电路16所包括的数字模拟转换电路DA1具有将电路40所生成的数字信号转换为模拟信号的功能。此外，电路40具有生成起始脉冲信号及时钟信号等的控制电路的功能。电路40所接收的数据例如是图像数据，使用该图像数据在电路40及电路16中生成供应到像素阵列33的图像信号。
电路16也可以包括电路40所包括的构成要素的一部分。
另外，电路40也可以包括源极驱动电路22所包括的构成要素的一部分。例如，电流生成电路CU1也可以设置在电路40中而不设置在源极驱动电路22中。
在此，模拟数字转换电路AD1所生成的数字信号的位数优选小于电路40所生成的数字信号的位数。将模拟数字转换电路AD1的位数设定为m位(m是1以上的整数)，将电路40所生成的数字信号的位数设定为k位(k是2以上的整数)。例如在m是8以上且12以下时，m例如是2以上且4以下。
[半导体装置的工作实例1]
图3A是本发明的一个方式的半导体装置的工作的例子的时序图。信号GL_0表示供应到与块12所包括的多个像素34中的第一像素连接的布线31的信号。信号GL_1表示供应到与块12所包括的多个像素34中的第二像素连接的布线31的信号。信号Sw1表示从检测电路SE1输出到电流调节部14的信号。
在时间t1，信号GL_0变为高电位，信号GL_1处于低电位，第一像素被选择。时间t1至时间t9的期间是第一像素被选择的期间。
接着，在时间t9，信号GL_0变为低电位，信号GL_1变为高电位，第二像素被选择。时间t9至时间t10的期间是第二像素被选择的期间。
在时间t1至时间t9的期间，在检测电路SE1中对比电位Dn1和电位Dn2。在图3A中的时间t1至时间t2的期间、时间t3至时间t4的期间、时间t5至时间t6的期间以及时间t7至时间t8的期间这四个期间，对比电位Dn1和电位Dn2。
作为信号Sw1输出根据电位Dn1和电位Dn2的对比结果的值。
图3B示出电位Vn1和电位Vn2的一个例子以及被输出为信号Sw1的信号的一个例子。
在时间t1至时间t2的期间，电位Vn1和电位Vn2之差较大，被转换为数字的值(电位Dn1及电位Dn2)也不一致，高电位信号被输出为信号Sw1。在图2B所示的源极驱动电路22中，开关SWC1处于开启状态，在没有开关SWC1所造成的电流损失的情况下，电流Ir1是电流i(1)和电流i(2)之和。
接着，在时间t3至时间t4的期间，虽然电位Vn1和电位Vn2之差变小，但是被转换为数字的值(电位Dn1及电位Dn2)不一致，高电位信号被输出为信号Sw1。
接着，在时间t5至时间t6的期间，电位Vn1和电位Vn2之差变小，被转换为数字的值(电位Dn1及电位Dn2)一致，低电位信号被输出为信号Sw1。在图2B所示的源极驱动电路22中，开关SWC1处于关闭状态，电流Ir1是电流i(1)。
接着，在时间t7至时间t8的期间，电位Vn1和电位Vn2大致一致，被转换为数字的值(电位Dn1及电位Dn2)也一致，低电位信号被输出为信号Sw1。
[转换电路的例子]
图4A示出模拟数字转换电路AD1的一个例子。图4A所示的模拟数字转换电路AD1包括复用器MU1、比较器CP1、数字模拟转换电路DA2及逻辑电路LC1。
复用器MU1与比较器CP1的一个输入端子，例如与非反相输入端子电连接。数字模拟转换电路DA2与比较器CP1的另一个输入端子，例如与反相输入端子电连接。逻辑电路LC1与数字模拟转换电路DA2、比较器CP1的输出端子电连接。
逻辑电路LC1具有保持m位数字值并将该数据供应到数字模拟转换电路DA2及检测电路SE1的功能。
数字模拟转换电路DA2具有将逻辑电路LC1所提供的数字值转换为模拟值且提供给比较器CP1的输入端子的功能。
复用器MU1具有依次选择被输入的信号且将其供应到比较器的输入端子的功能。在图4A所示的例子中，复用器MU1被输入电位Vn1及电位Vn2。使用信号Mux1控制复用器MU1要选择哪个输入信号。在此，在信号Mux1是高电位信号时选择电位Vn1，在信号Mux1是低电位信号时选择电位Vn2。
比较器CP1对比由复用器MU1供应的信号和由数字模拟转换电路DA2供应的信号，将根据对比结果的输出信号供应到逻辑电路LC1。逻辑电路LC1分析由比较器CP1供应的输出信号，将电位Vn1转换为数字值且将转换结果输出为信号DO1。接着，将电位Vn2转换为数字值且将转换结果输出为信号DO1。信号DO1被供应到检测电路SE1。
[检测电路的例子]
图4B示出检测电路SE1的一个例子。图4B所示的检测电路SE1包括寄存器DR1、电路LB1、电路UB1及NAND电路18。
寄存器DR1与电路LB1及电路UB1电连接。电路LB1及电路UB1与NAND电路18电连接。
寄存器DR1具有保持由模拟数字转换电路AD1供应的信号DO1且将其输出到电路LB1及电路UB1的功能。
以下，说明作为信号DO1依次被供应电位Dn1及电位Dn2且电位Dn1及电位Dn2都是2位数据的例子。寄存器DR1向电路LB1供应数据b11及数据b21，寄存器DR1向电路UB1供应数据b21及数据b22。数据b11是电位Dn1的低位，数据b21是电位Dn2的低位，数据b12是电位Dn1的高位，数据b22是电位Dn2的高位。
电路LB1将根据数据b11和数据b21的对比结果的输出供应到NAND电路18，电路UB1将根据数据b12和数据b22的对比结果的输出供应到NAND电路18。例如当数据一致时，输出高电位信号。NAND电路18的输出作为信号Sw1被供应到电流调节部14。例如当电路LB1和电路UB1都将高电位信号供应到NAND电路18时，NAND电路18输出低电位信号。
在此，示出信号DO1为2位的情况的例子，但是在信号DO1为3位以上时例如并置使用图4A所示的结构即可。
[半导体装置的工作例子2]
图5是示出图3A所示的时序图中的时间t1至时间t2的期间、时间t2至时间ti6的期间(时间ti6是介于时间t2和时间t3之间的时间)的工作的一个例子的时序图，此时使用图4A所示的模拟数字转换电路AD1和图4B所示的检测电路SE1。
信号GO1是供应到逻辑电路LC1的信号。当将高电位信号作为信号GO1供应到逻辑电路LC1时，在模拟数字转换电路AD1中进行数据转换。
在时间t1，信号GO1上升而变为高电位信号。此外，在时间t1，将高电位信号作为信号Mux1供应到复用器MU1，将电位Vn1供应到比较器CP1的输入端子。在模拟数字转换电路AD1中进行电位Vn1的转换，在时间t1至时间ti1的期间将电位Dn1的高位供应到寄存器DR1，在时间ti1至时间ti2的期间将电位Dn1的低位供应到寄存器DR1。寄存器DR1储存被供应的数据。
在时间ti2，信号GO1从高电位信号变为低电位信号。
在时间ti3，信号Mux1从高电位信号变为低电位信号，将电位Vn2供应到比较器CP1的输入端子。在模拟数字转换电路AD1中进行电位Vn2的转换。
在时间ti4，信号GO1上升而变为高电位信号。在时间ti4至时间ti5的期间将电位Dn2的高位供应到寄存器DR1，在时间ti5至时间t2的期间将电位Dn2的低位供应到寄存器DR1。寄存器DR1储存被供应的数据。
在时间t2，信号Dat1上升而变为高电位信号，将储存在寄存器DR1中的数据供应到电路LB1及电路UB1。电路LB1及电路UB1都将根据被供应的数据的输出供应到NAND电路18。来自NAND电路18的输出信号作为信号Sw1供应到电流调节部14。
在时间ti6，信号Dat1从高电位信号变为低电位信号。
[电路的例子]
图6A是示出电路40、源极驱动电路22所包括的电路16的结构实例的方框图。为了简化起见，省略源极驱动电路22所包括的电路16以外的构成要素的记载。注意，在图6A中，仅示出一个电路16，但是电路40也可以与多个电路16电连接。
电路40包括接收电路41、串并行转换电路42。源极驱动电路22所包括的电路16包括缓冲电路43、移位寄存电路44、锁存电路45、逻辑电路46。
接收电路41与串并行转换电路42电连接，串并行转换电路42与缓冲电路43电连接，并且缓冲电路43与锁存电路45电连接。移位寄存电路44与锁存电路45电连接，锁存电路45与数字模拟转换电路46电连接。移位寄存电路例如被供应起始脉冲、时钟信号等。生成起始脉冲、时钟信号等的电路例如也可以设置在电路40中。
接收电路41具有接收作为由源极驱动电路22生成的图像信号的基础的图像数据的功能。该图像数据可以为单端的图像数据。在使用LVDS(Low Voltage DifferentialSignaling：低电压差分信号)等数据传输用信号接收图像数据的情况下，接收电路41也可以具有将该信号转换为能够被进行内部处理的信号规格的功能。
串并行转换电路42具有对接收电路41所输出的单端的图像数据进行并行转换的功能。通过在电路40中设置串并行转换电路42，即使将图像数据等从电路40传输到源极驱动电路22等时的负载较大也可以将图像数据等从电路40传输到源极驱动电路22等。
缓冲电路43例如可以为单位增益缓冲器。缓冲电路43具有输出与从串并行转换电路42输出的图像数据相同的数据的功能。通过在源极驱动电路22中设置缓冲电路43，即使对应于从串并行转换电路42输出的图像数据的电位在从电路40传输到源极驱动电路22时因布线电阻等而下降，也可以弥补该下降。由此，即使将图像数据等从电路40传输到源极驱动电路22等时的负载较大，也可以抑制源极驱动电路22等的驱动能力的下降。
移位寄存电路44具有生成用来控制锁存电路45的工作的信号的功能。锁存电路45具有储存或输出从缓冲电路43输出的图像数据的功能。在锁存电路45中，根据从移位寄存电路44供应的信号选择图像数据的储存和输出中的任一工作。注意，在电路16中，也可以在锁存电路45和数字模拟转换电路46之间设置电平转换器。电平转换器具有对锁存电路45输出的信号进行升压且将其输出的功能。
数字模拟转换电路46具有将锁存电路45所输出的数字图像数据转换为模拟图像信号的功能。
此外，如图6B所示，数字模拟转换电路46的构成要素的一部分也可以设置在电路40中。图6B所示的数字模拟转换电路46包括电位生成电路46a及逻辑电路46b。电位生成电路46a设置在电路40中，逻辑电路46b设置在电路16中。
电位生成电路46a具有生成对应于能够进行DA转换的图像数据的位数的种类的电位并将该电位供应给逻辑电路46b的功能。
逻辑电路46b具有从锁存电路45接收数据并根据该数据的数字值输出电位生成电路46a所生成的任一电位的功能。作为逻辑电路46b例如可以使用传输晶体管逻辑电路等。
如图6B所示，可以将构成数字模拟转换电路46的电路分别设置在源极驱动电路22和电路40中。具体而言，可以将如逻辑电路46b等优选设置在每个源极驱动电路中的电路设置在源极驱动电路22中，并将如电位生成电路46a等不一定需要设置在每个源极驱动电路中的电路设置在电路40中。由此，例如，与将构成数字模拟转换电路46的所有电路设置在源极驱动电路22中的情况相比，可以减少源极驱动电路22的占有面积，从而可以增加设置在层20中的源极驱动电路22的个数。由此，可以增加设置在层30中的像素阵列33的像素数，可以实现本发明的一个方式的半导体装置的工作的高速化、功耗的降低、像素阵列的清晰度的提高等。在此，也可以将数字模拟转换电路46以外的电路的构成要素分别设置在源极驱动电路22和电路40中。
此外，如图6B所示，在将构成数字模拟转换电路46的电路分别设置在源极驱动电路22和电路40中的情况下，半导体装置10例如可以具有一个电位生成电路46a及与源极驱动电路22相同的个数的逻辑电路46b。
此外，电路40除了包括接收电路41、串并行转换电路42、电位生成电路46a以外还可以包括各种电路。例如，电路40可以包括具有生成起始脉冲信号及时钟信号等的功能的控制电路。
<半导体装置的结构实例2>
使用图7A、图7B、图8A、图8B、图9A及图9B说明本发明的一个方式的半导体装置的各种结构实例。
在图7A中，摘要示出图1A所示的半导体装置10的构成要素中的一部分。图7A示出排列的多个源极驱动电路22和排列的多个块12彼此重叠的结构。
在图7A等中，将多个源极驱动电路22之一记载为源极驱动电路22_x，将多个块12之一记载为块12_y。在此，x及y是1以上的整数。
在图7A中，依次相邻地配置有块12_1、块12_2及块12_3。块12_1与源极驱动电路22_1电连接，块12_2与源极驱动电路22_2电连接，块12_3与源极驱动电路22_3电连接。在图7A中，多个源极驱动电路22的排列间距和多个块12的排列间距大致一致。在图7A中，电连接的块12和源极驱动电路22具有彼此重叠的区域。
在图7B、图8A及图8B中，块12_1与源极驱动电路22_1电连接，块12_2与源极驱动电路22_2电连接，块12_3与源极驱动电路22_3电连接，块12_4与源极驱动电路22_4电连接，块12_5与源极驱动电路22_5电连接。
图7B及图8A示出源极驱动电路22的宽度比图7A小的例子。
在图7B中，多个源极驱动电路22的排列间距和多个块12的排列间距大致一致，电连接的块12和源极驱动电路22具有彼此重叠的区域。
另一方面，在图8A中，多个源极驱动电路22的排列间距和多个块12的排列间距不同。因此，例如块12_1和源极驱动电路22_1具有彼此重叠的区域，但是块12_5和源极驱动电路22_5不重叠。
图8B示出块12的宽度比图7A小的例子。在图8B中，多个源极驱动电路22的排列间距和多个块12的排列间距不同。因此，例如块12_1和源极驱动电路22_1具有彼此重叠的区域，但是块12_5和源极驱动电路22_5不重叠。
图8B示出块12_5与源极驱动电路22_5的距离，即距离x1的一个例子。如图8B所示，距离x1例如通过如下方式求得：通过将源极驱动电路22_5的端部投影到形成块12_5的层上，这里投影到层30上，测量其投影点(或者投影区域)与块12_5的端部的距离。在此，当电连接的块12和源极驱动电路22不重叠时，距离x1例如优选为30μm以下。有时将距离x1称为俯视时的距离。
在块12的面积比源极驱动电路22小的情况下，例如在如图9A所示地块12的宽度比源极驱动电路22小的情况下，如图9B所示，一个源极驱动电路22也可以电连接到多个块12。在图9B中，对于两个块12设置一个源极驱动电路22。放大电路AM1的输出与解复用器MU2电连接。解复用器MU2与第一块12的节点ND1、第二块12的节点ND1电连接。解复用器MU2具有将放大电路AM1的输出分配给第一块12或第二块12的功能。在图9A中，源极驱动电路22_1与块12_1及块12_2电连接，源极驱动电路22_2与块12_3及块12_4电连接，源极驱动电路22_3与块12_5及块12_6电连接。在图9A中，电连接的块12和源极驱动电路22具有彼此重叠的区域。
<数字模拟转换电路46的结构实例>
图10是示出构成数字模拟转换电路46的电位生成电路46a及逻辑电路46b的结构实例的电路图。具有图10所示的结构的数字模拟转换电路46可以将8位的图像数据D<1>至图像数据D<8>转换为模拟图像信号IS。
在本说明书等中，例如，以图像数据D<1>表示第一位的图像数据D，以图像数据D<2>表示第二位的图像数据D，并且以图像数据D<8>表示第八位的图像数据D。
图10所示的结构的电位生成电路46a包括电阻器48[1]至电阻器48[256]，该电阻器48[1]至该电阻器48[256]串联连接。也就是说，数字模拟转换电路46可以为电阻串型DA转换电路。
电阻器48[1]的一个端子可以被供应电位VDD。电阻器48[256]的一个端子可以被供应电位VSS。由此，可以从电阻器48[1]至电阻器48[256]的各端子输出水平不同的电位V1至V256。此外，虽然图10示出电位V1为电位VDD时的电位生成电路46a的结构实例，但是也可以采用电位V256为电位VSS的结构。此外，也可以不设置电阻器48[256]而采用电位V1为电位VDD且电位V256为电位VSS的结构。
在本说明书等中，例如，电位VDD可以为高电位，电位VSS可以为低电位。在此，低电位例如可以为接地电位。此外，高电位为高于低电位的电位，在低电位为接地电位的情况下，高电位可以为正电位。
图10所示的结构的逻辑电路46b有时被称为传输晶体管电路。逻辑电路46b由八级传输晶体管49构成。具体而言，每一级的逻辑电路46b在电上分支为两个路径，逻辑电路46b一共有256个路径。也就是说，传输晶体管49以淘汰赛图方式电连接。可以从作为最后一级的第八级传输晶体管49的源极和漏极中的一个输出模拟图像信号IS。
例如，可以将图像数据D<1>供应到第一级传输晶体管49，将图像数据D<2>供应到第二级传输晶体管49，并且将图像数据D<8>供应到第八级传输晶体管49。借助于上述结构，图像信号IS的电位根据图像数据D而可以为电位V1至V256中的任一个。因此，可以将数字图像数据转换为模拟图像信号IS。
此外，图10所示的逻辑电路46b包括n沟道型传输晶体管49和p沟道型传输晶体管49的双方，但是也可以只设置n沟道型传输晶体管49。例如，除了图像数据D<1>至图像数据D<8>以外，还可以将其互补数据供应到传输晶体管49的栅极，以将设置在逻辑电路46b中的所有传输晶体管49设定为n沟道型晶体管。
图10所示的结构也可以应用于具有对8位以外的位数的图像数据D进行DA转换的功能的数字模拟转换电路46。例如，通过在电位生成电路46a中设置1024个或1023个电阻器48且在逻辑电路46b中设置10级传输晶体管49，可以使数字模拟转换电路46具有对10位图像数据D进行DA转换的功能。
<栅极驱动电路21的结构实例>
图11是示出栅极驱动电路21的结构实例的方框图。栅极驱动电路21包括由多个置位复位触发器构成的移位寄存电路SR。移位寄存电路SR电连接于用作扫描线的布线31并具有将信号输出到布线31的功能。
信号RES为复位信号，例如，通过将信号RES设定为高电位，可以将移位寄存电路SR的所有输出设定为低电位。信号SP为起始脉冲信号，通过将该信号输入到栅极驱动电路21，可以开始进行移位寄存电路SR的移位工作。信号PWC为脉冲宽度控制信号并具有控制移位寄存电路SR向布线31输出的信号的脉冲宽度的功能。信号CLK[1]、信号CLK[2]、信号CLK[3]及信号CLK[4]为时钟信号，并且例如可以对一个移位寄存电路SR输入信号CLK[1]至信号CLK[4]中的两个信号。
此外，通过使用另一布线替代电连接于移位寄存电路SR的布线31等，可以将图11所示的结构应用于源极驱动电路22含有的移位寄存电路44等。
图12A是示出输入到移位寄存电路SR的信号及从移位寄存电路SR输出的信号的图。在此，图12A示出作为时钟信号输入信号CLK[1]及信号CLK[3]的情况。
信号FO为输出信号，例如为输出到布线31的信号。信号SROUT为移位信号，可以为输入到下一级移位寄存电路SR的信号LIN。如上所述，在图12A所示的信号中，信号RES、信号PWC、信号CLK[1]、信号CLK[3]及信号LIN为输入到移位寄存电路SR的信号，而信号FO及信号SROUT为从移位寄存电路SR输出的信号。
图12B是示出输入输出信号为图12A所示的信号的移位寄存电路SR的结构实例的电路图。移位寄存电路SR包括晶体管51至晶体管63、电容器64至电容器66。
晶体管51的源极和漏极中的一个电连接于晶体管52的源极和漏极中的一个、晶体管56的源极和漏极中的一个及晶体管59的源极和漏极中的一个。晶体管52的栅极电连接于晶体管53的源极和漏极中的一个、晶体管54的源极和漏极中的一个及晶体管55的源极和漏极中的一个、晶体管58的栅极、晶体管61的栅极及电容器64的一个电极。晶体管56的源极和漏极中的另一个电连接于晶体管57的栅极及电容器65的一个电极。晶体管59的源极和漏极中的另一个电连接于晶体管60的栅极及电容器66的一个电极。晶体管60的源极和漏极中的一个电连接于晶体管61的源极和漏极中的一个、晶体管62的栅极及电容器66的另一个电极。
晶体管51的栅极及晶体管55的栅极被输入信号LIN。晶体管53的栅极被输入信号CLK[3]。晶体管54的栅极被输入信号RES。晶体管57的源极和漏极中的一个被输入信号CLK[1]。晶体管60的源极和漏极中的另一个被输入信号PWC。
晶体管62的源极和漏极中的一个及晶体管63的源极和漏极中的一个电连接于布线31，如上所述，从布线31输出信号FO。从晶体管57的源极和漏极中的另一个、晶体管58的源极和漏极中的一个及电容器65的另一个电极输出信号SROUT。
晶体管51的源极和漏极中的另一个、晶体管53的源极和漏极中的另一个、晶体管54的源极和漏极中的另一个、晶体管56的栅极、晶体管59的栅极及晶体管62的源极和漏极中的另一个被供应电位VDD。晶体管52的源极和漏极中的另一个、晶体管55的源极和漏极中的另一个、晶体管58的源极和漏极中的另一个、晶体管61的源极和漏极中的另一个、晶体管63的源极和漏极中的另一个及电容器64的另一个电极被供应电位VSS。
晶体管63为偏置晶体管，具有恒流源的功能。晶体管63的栅极可以被供应作为偏置电位的电位Vbias。
由晶体管62及晶体管63构成源极跟随电路67。通过在移位寄存电路SR中设置源极跟随电路67，即使在移位寄存电路SR的内部发生起因于布线电阻、寄生电容等的信号的衰减等也可以抑制起因于该衰减等的信号FO的电位下降。由此，可以实现半导体装置10的工作的高速化。此外，源极跟随电路67只要被用作缓冲器就可以为源极跟随电路以外的电路。
以下，说明将本发明的一个方式的半导体装置用于显示装置的例子。
<像素34的结构实例>
图13A至图13E是说明设置在半导体装置10中的像素34所呈现的颜色的图。如图6A所示，呈现红色(R)的像素34、呈现绿色(G)的像素34及呈现蓝色(B)的像素34可以被设置在本发明的一个方式的显示装置中。或者，如图13B所示，呈现青色(C)的像素34、呈现品红色(M)的像素34及呈现黄色(Y)的像素34可以被设置在半导体装置10中。
或者，如图13C所示，呈现红色(R)的像素34、呈现绿色(G)的像素34、呈现蓝色(B)的像素34及呈现白色(W)的像素34可以被设置在半导体装置10中。或者，如图13D所示，呈现红色(R)的像素34、呈现绿色(G)的像素34、呈现蓝色(B)的像素34及呈现黄色(Y)的像素34可以被设置在半导体装置10中。或者，如图13E所示，呈现青色(C)的像素34、呈现品红色(M)的像素34、呈现黄色(Y)的像素34及呈现白色(W)的像素34可以被设置在半导体装置10中。
如图13C及图13E所示，通过将呈现白色的像素34设置在半导体装置10中，可以提高所显示的图像的亮度。此外，如图13D等所示，通过增加像素34所呈现的颜色种类，可以提高中间色的再现性，所以可以提高显示质量。
图14A及图14B是示出像素34的结构实例的电路图。具有图14A所示的结构的像素34包括液晶元件570、晶体管550以及电容器560。再者，除了布线31及布线32之外，布线35等也电连接到像素34。
液晶元件570的一个电极的电位根据像素34的规格适当地设定。根据写入到像素34的图像信号设定液晶元件570的取向状态。此外，也可以对多个像素34的每一个所具有的液晶元件570的一个电极供应公共电位。此外，也可以对各行的像素34的所具有的液晶元件570的一个电极供应不同的电位。
此外，具有图14B所示的结构的像素34包括晶体管552、晶体管554、电容器562以及发光元件572。作为发光元件572，例如可以使用利用电致发光的EL元件。EL元件在一对电极之间具有包含发光化合物的层(以下称为EL层)。当使一对电极之间产生高于EL元件的阈值电压的电位差时，空穴从阳极一侧注入到EL层中，而电子从阴极一侧注入到EL层中。被注入的电子和空穴在EL层中重新结合，由此，包含在EL层中的发光物质发光。
EL元件根据发光材料是有机化合物还是无机化合物被区别，通常前者被称为有机EL元件，而后者被称为无机EL元件。
在有机EL元件中，通过施加电压，电子从一个电极注入到EL层中，而空穴从另一个电极注入到EL层中。通过这些载流子(电子及空穴)重新结合，发光有机化合物形成激发态，当从该激发态回到基态时发光。由于这种机理，这种发光元件被称为电流激发型发光元件。
EL层除了发光化合物以外还可以包括空穴注入性高的物质、空穴传输性高的物质、空穴阻挡材料、电子传输性高的物质、电子注入性高的物质或双极性的物质(电子传输性及空穴传输性高的物质)等。
EL层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。
无机EL元件根据其元件结构而分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括发光层，其中发光材料的粒子分散在粘合剂中，并且其发光机理是利用供体能级和受主能级的供体-受主重新结合型发光。薄膜型无机EL元件是其中发光层被夹在电介质层之间，并且该夹着发光层的电介质层被夹在电极之间的结构，其发光机理是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局部型发光。
为了提取发光，使发光元件的一对电极中的至少一个为透明即可。在衬底上形成有晶体管及发光元件，该发光元件可以采用从与该衬底相反一侧的表面提取发光的顶部发射结构、从衬底一侧的表面提取发光的底部发射结构以及从两个表面提取发光的双面发射结构中的任何发射结构。
发光元件572以外的发光元件也可以使用与发光元件572同样的元件。
在本发明的一个方式的半导体装置中，可以降低功耗。通过降低半导体装置的功耗，可以抑制像素阵列的发热。通过抑制像素阵列的发热，例如在本发明的一个方式的半导体装置中可以提高显示部的显示质量。此外，例如可以延长发光元件的寿命。例如，在作为发光元件使用有机EL元件的情况下，通过抑制发热，可以实现一种寿命更长的元件。
晶体管552的源极和漏极中的一个与布线32电连接。晶体管552的源极和漏极中的另一个与电容器562的一个电极及晶体管554的栅极电连接。电容器562的另一个电极与布线35a电连接。晶体管552的栅极与布线31电连接。晶体管554的源极和漏极中的一个与布线35a电连接。晶体管554的源极和漏极中的另一个与发光元件572的一个电极电连接。发光元件572的另一个电极与布线35b电连接。布线35a被供应电位VSS，而布线35b被供应电位VDD。
在图14B所示的结构的像素34中，根据供应给晶体管554的栅极的电位，流过发光元件572中的电流被控制，从而来自发光元件572的发光亮度被控制。
图14C示出与图14B所示的结构的像素34不同的结构。在图14C所示的结构的像素34中，晶体管552的源极和漏极中的一个与布线32电连接。晶体管552的源极和漏极中的另一个与电容器562的一个电极及晶体管554的栅极电连接。晶体管552的栅极与布线31电连接。晶体管554的源极和漏极中的一个与布线35a电连接。晶体管554的源极和漏极中的另一个与电容器562的另一个电极及发光元件572的一个电极电连接。发光元件572的另一个电极与布线35b电连接。布线35a被供应电位VDD，而布线35b被供应电位VSS。
<显示装置的截面结构实例>
图15是示出半导体装置10的结构实例的截面图。半导体装置10包括衬底701及衬底705，该衬底701及该衬底705使用密封剂712贴合在一起。
作为衬底701，可以使用单晶硅衬底等单晶半导体衬底。此外，也可以使用单晶半导体衬底以外的半导体衬底作为衬底701。
在衬底701上设置有晶体管441及晶体管601。晶体管441可以为设置在电路40中的晶体管。晶体管601可以为设置在栅极驱动电路21中的晶体管或设置在源极驱动电路22中的晶体管。也就是说，晶体管441及晶体管601可以设置在图1等所示的层20中。
晶体管441由用作栅电极的导电体443、用作栅极绝缘体的绝缘体445及衬底701的一部分构成，并包括含有沟道形成区域的半导体区域447、用作源区域和漏区域中的一个的低电阻区域449a及用作源区域和漏区域中的另一个的低电阻区域449b。晶体管441可以为p沟道型晶体管或n沟道型晶体管。
晶体管441因元件分离层403与其他的晶体管电分离。图15示出晶体管441及晶体管601隔着元件分离层403电分离的情况。元件分离层403可以利用LOCOS(LOCal Oxidationof Silicon：硅局部氧化)法或STI(Shallow Trench Isolation：浅沟槽隔离)法等形成。
在此，在图15所示的晶体管441中，半导体区域447具有凸形状。此外，半导体区域447的侧面及顶面隔着绝缘体445被导电体443覆盖。注意，图15未示出导电体443覆盖半导体区域447的侧面的样子。此外，导电体443可以使用调整功函数的材料。
如晶体管441那样的半导体区域具有凸形状的晶体管因利用半导体衬底的凸部而可以被称为鳍型晶体管。此外，也可以以与凸部的顶面接触的方式具有被用作用来形成凸部的掩模的绝缘体。此外，虽然在图15中示出对衬底701的一部分进行加工来形成凸部的情况，但是也可以对SOI衬底进行加工来形成具有凸形状的半导体。
此外，图15所示的晶体管441的结构只是一个例子而不局限于该结构，可以根据电路结构或电路工作方法等采用合适的结构。例如，晶体管441可以为平面型晶体管。
晶体管601可以采用与晶体管441同样的结构。
在衬底701上除了设置有元件分离层403、晶体管441及晶体管601以外还设置有绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409及绝缘体411。绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409及绝缘体411中嵌入导电体451。在此，可以使导电体451的顶面的高度与绝缘体411的顶面的高度大致相同。
导电体451及绝缘体411上设置有绝缘体413及绝缘体415。绝缘体413及绝缘体415中嵌入导电体457。在此，可以使导电体457的顶面的高度与绝缘体415的顶面的高度大致相同。
导电体457及绝缘体415上设置有绝缘体417及绝缘体419。绝缘体417及绝缘体419中嵌入导电体459。在此，可以使导电体459的顶面的高度与绝缘体419的顶面的高度大致相同。
导电体459及绝缘体419上设置有绝缘体421及绝缘体214。绝缘体421及绝缘体214中嵌入导电体453。在此，可以使导电体453的顶面的高度与绝缘体214的顶面的高度大致相同。
导电体453及绝缘体214上设置有绝缘体216。绝缘体216中嵌入导电体455。在此，可以使导电体455的顶面的高度与绝缘体216的顶面的高度大致相同。
导电体455及绝缘体216上设置有绝缘体222、绝缘体224、绝缘体254、绝缘体244、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281。绝缘体222、绝缘体224、绝缘体254、绝缘体244、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281中嵌入导电体305。在此，可以使导电体305的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度大致相同。
导电体305及绝缘体281上设置有绝缘体361。绝缘体361中嵌入导电体317及导电体337。在此，可以使导电体337的顶面的高度与绝缘体361的顶面的高度大致相同。
导电体337及绝缘体361上设置有绝缘体363。绝缘体363中嵌入导电体347、导电体353、导电体355及导电体357。在此，可以使导电体353、导电体355及导电体357的顶面的高度与绝缘体363的顶面的高度大致相同。
在导电体353、导电体355、导电体357及绝缘体363上设置有连接电极760。此外，以与连接电极760电连接的方式设置有各向异性导电体780，并以与各向异性导电体780电连接的方式设置有FPC(Flexible Printed Circuit：柔性电路板)716。通过使用FPC716，可以从半导体装置10的外部向半导体装置10供应各种信号等。
如图15所示，晶体管441的用作源区域和漏区域中的另一个的低电阻区域449b通过导电体451、导电体457、导电体459、导电体453、导电体455、导电体305、导电体317、导电体337、导电体347、导电体353、导电体355、导电体357、连接电极760及各向异性导电体780电连接于FPC716。在图15中，作为具有电连接连接电极760和导电体347的功能的导电体示出导电体353、导电体355及导电体357的三个导电体，本发明的一个方式不局限于此。具有电连接连接电极760和导电体347的功能的导电体的个数可以为一个、两个、四个以上。通过设置具有电连接连接电极760和导电体347的功能的多个导电体，可以降低接触电阻。
在绝缘体214上设置有晶体管750。晶体管750可以为设置在像素34中的晶体管。也就是说，晶体管750可以设置在图1等所示的层30中。作为晶体管750，可以使用OS晶体管。OS晶体管具有关态电流极小的特征。由此，可以长时间保持图像信号等，从而可以降低刷新频率。由此，可以降低半导体装置10的功耗。
绝缘体254、绝缘体244、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281中嵌入导电体301a及导电体301b。导电体301a与晶体管750的源极和漏极中的一个电连接，导电体301b与晶体管750的源极和漏极中的另一个电连接。在此，可以使导电体301a及导电体301b的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度大致相同。
绝缘体361中嵌入导电体311、导电体313、导电体331、电容器790、导电体333及导电体335。导电体311及导电体313与晶体管750电连接并用作布线。导电体333及导电体335与电容器790电连接。在此，可以使导电体331、导电体333及导电体335的顶面的高度与绝缘体361的顶面的高度大致相同。
绝缘体363中嵌入导电体341、导电体343及导电体351。在此，可以使导电体351的顶面的高度与绝缘体363的顶面的高度大致相同。
绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409、绝缘体411、绝缘体413、绝缘体415、绝缘体417、绝缘体419、绝缘体421、绝缘体214、绝缘体280、绝缘体274、绝缘体281、绝缘体361及绝缘体363用作层间膜，也可以用作分别覆盖其下方的凹凸形状的平坦化膜。例如，为了提高绝缘体363的顶面的平坦性，可以通过利用化学机械抛光(CMP：Chemical MechanicalPolishing)法等的平坦化处理使其平面平坦化。
如图15所示，电容器790包括下部电极321及上部电极325。此外，下部电极321与上部电极325之间设置有绝缘体323。也就是说，电容器790具有一对电极间夹有用作介电体的绝缘体323的叠层型结构。此外，虽然图15示出绝缘体281上设置有电容器790的例子，但是也可以在与绝缘体281不同的绝缘体上设置电容器790。
图15示出导电体301a、导电体301b及导电体305形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体311、导电体313、导电体317及下部电极321形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体331、导电体333、导电体335及导电体337形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体341、导电体343及导电体347形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体351、导电体353、导电体355及导电体357形成在同一层中的例子。像这样，通过在同一层中形成多个导电体，可以简化半导体装置10的制造工序，由此可以提供廉价的半导体装置10。此外，它们也可以分别形成在不同的层中并含有不同种类的材料。
图15所示的半导体装置10包括液晶元件775。液晶元件775包括导电体772、导电体774以及导电体772与导电体774之间的液晶层776。导电体774设置在衬底705一侧，并被用作公共电极。此外，导电体772通过导电体351、导电体341、导电体331、导电体313及导电体301b电连接于晶体管750的源极和漏极中的另一个。导电体772形成在绝缘体363上，并被用作像素电极。
导电体772可以使用对可见光具有透光性的材料或具有反射性的材料。作为透光性材料，例如，可以使用含有铟、锌、锡等的氧化物材料。作为反射性材料，例如，可以使用含有铝、银等的材料。
当作为导电体772使用反射性材料时，半导体装置10为反射型液晶显示装置。另外，当作为导电体772使用透光性材料且作为衬底701等使用透光性材料时，半导体装置10为透射型液晶显示装置。当半导体装置10为反射型液晶显示装置的情况下，在观看侧设置偏振片。另一方面，当半导体装置10为透射型液晶显示装置的情况下，以夹着液晶元件的方式设置一对偏振片。
虽然图15中没有进行图示，也可以采用设置与液晶层776接触的取向膜。此外，可以适当地设置偏振构件、相位差构件、抗反射构件等的光学构件(光学衬底)及背光、侧光等光源。
在绝缘体363与导电体774之间设置有结构体778。结构体778是柱状的间隔物，并被用于衬底701与衬底705之间的距离(单元间隙)的控制。此外，作为结构体778可以使用球状的间隔物。
在衬底705一侧设置有遮光层738、着色层736及与它们接触的绝缘体734。遮光层738具有遮蔽从邻接区域发射的光的功能。或者，遮光层738具有防止外光到达晶体管750等的功能。此外，着色层736具有与液晶元件775重叠的区域。
液晶层776可以使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC：Polymer Dispersed Liquid Crystal)、高分子网络型液晶(PNLC：Polymer NetworkLiquid Crystal)、铁电液晶、反铁电液晶等。此外，在采用水平电场方式的情况下，也可以使用不需要取向膜的呈现蓝相的液晶。
作为液晶元件的模式，可以采用TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、VA(Vertical Alignment：垂直取向)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面内转换)模式、FFS(Fringe Field Switching：边缘电场转换)模式、ASM(Axially Symmetric alignedMicro-cell：轴对称排列微单元)模式、OCB(Optically Compensated Birefringence：光学补偿弯曲)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence：电控双折射)模式、宾主模式等。
液晶层776可以采用使用高分子分散型液晶或高分子网络型液晶等的散乱型液晶。此时，可以采用不设置着色层736进行黑白色显示的结构，也可以采用使用着色层736进行彩色显示的结构。
作为液晶元件的驱动方法，可以应用利用继时加法混色法进行彩色显示的分时显示方式(也称为场序制列驱动方式)。在该情况下，可以采用不设置着色层736的结构。当采用分时显示方式的情况下，例如无需设置分别呈现R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)的子像素，因此具有可以提高像素的开口率及清晰度等优点。
虽然图15所示的半导体装置10使用液晶元件作为显示元件，但是本发明的一个方式不局限于此。图16是图15所示的半导体装置10的变形例子，图16与图15所示的半导体装置10的不同点在于使用发光元件作为显示元件。
图16所示的半导体装置10包括发光元件782。发光元件782包括导电体772、EL层786及导电体788。EL层786具有有机化合物或量子点等无机化合物。
作为可用于有机化合物的材料，可以举出荧光性材料或磷光性材料等。此外，作为可用于量子点的材料，可以举出胶状量子点材料、合金型量子点材料、核壳(Core Shell)型量子点材料、核型量子点材料等。
图16所示的半导体装置10在绝缘体363上设置有绝缘体730。在此，绝缘体730可以覆盖导电体772的一部分。此外，发光元件782包括透光性导电体788并为顶部发射型发光元件。此外，发光元件782也可以采用向导电体772一侧射出光的底部发射结构或者向导电体772及导电体788的两侧射出光的双面发射结构。
发光元件782可以具有微腔结构，将在后面详细描述。由此，即使不设置着色层也可以提取规定的颜色的光(例如RGB)，由此半导体装置10能够进行彩色显示。通过采用不设置着色层的结构，可以抑制由着色层吸收光。由此，半导体装置10能够显示高亮度图像，并且可以降低半导体装置10的功耗。此外，当通过在各像素中将EL层786形成为岛状或者在各像素列中将EL层786形成为条状，也就是说，通过分别涂布来形成EL层786时，也可以采用不设置着色层的结构。
此外，遮光层738包括与绝缘体730重叠的区域。此外，遮光层738被绝缘体734覆盖。此外，密封层732填充发光元件782与绝缘体734之间的空间。
再者，在绝缘体730与EL层786之间设置有结构体778。此外，在绝缘体730与绝缘体734之间设置有结构体778。
图17是图16所示的半导体装置10的变形例子，并与图16所示的半导体装置10不同之处在于设置有着色层736。通过设置着色层736，可以提高从发光元件782提取的光的颜色纯度。因此，半导体装置10能够显示高质量图像。此外，因为半导体装置10中的所有发光元件782例如可以为发射白色光的发光元件，所以不需要分别涂布形成EL层786，可以实现高清晰的半导体装置10。
虽然在图15至图17中示出设置有其沟道形成区域形成在衬底701内部的晶体管441及晶体管601，并在该晶体管441及该晶体管601上层叠有OS晶体管的结构，但是本发明的一个方式不局限于此。图18、图19及图20分别是图15、图16及图17的变形例子，并与图15至图17所示的半导体装置10不同之处在于不是在晶体管441及晶体管601上而是在作为OS晶体管的晶体管602及晶体管603上层叠有晶体管750。也就是说，图18至图20所示的结构的半导体装置10层叠有OS晶体管。
在衬底701上设置有绝缘体613及绝缘体614，并在绝缘体614上设置有晶体管602及晶体管603。此外，晶体管等也可以设置在衬底701与绝缘体613之间。例如，也可以在衬底701与绝缘体613之间设置具有与图15至图17所示的晶体管441及晶体管601同样的结构的晶体管。
晶体管602可以为设置在电路40中的晶体管。晶体管603可以为设置在栅极驱动电路21中的晶体管或设置在源极驱动电路22中的晶体管。也就是说，晶体管602及晶体管603可以设置在图1等所示的层20中。此外，在电路40设置在层30中的情况下，晶体管602可以设置在层30中。
晶体管602及晶体管603可以为其结构与晶体管750同样的晶体管。此外，晶体管602及晶体管603也可以为其结构与晶体管750不同的OS晶体管。
在绝缘体614上除了设置有晶体管602及晶体管603以外还设置有绝缘体616、绝缘体622、绝缘体624、绝缘体654、绝缘体644、绝缘体680、绝缘体674及绝缘体681。绝缘体654、绝缘体644、绝缘体680、绝缘体674及绝缘体681中嵌入导电体461。在此，可以使导电体461的顶面的高度与绝缘体681的顶面的高度大致相同。
导电体461及绝缘体681上设置有绝缘体501。绝缘体501中嵌入导电体463。在此，可以使导电体463的顶面的高度与绝缘体501的顶面的高度大致相同。
导电体463及绝缘体501上设置有绝缘体503。绝缘体503中嵌入导电体465。在此，可以使导电体465的顶面的高度与绝缘体503的顶面的高度大致相同。
导电体465及绝缘体503上设置有绝缘体505。绝缘体505中嵌入导电体467。在此，可以使导电体467的顶面的高度与绝缘体505的顶面的高度大致相同。
导电体467及绝缘体505上设置有绝缘体507。绝缘体507中嵌入导电体469。在此，可以使导电体469的顶面的高度与绝缘体507的顶面的高度大致相同。
导电体469及绝缘体507上设置有绝缘体509。绝缘体509中嵌入导电体471。在此，可以使导电体471的顶面的高度与绝缘体509的顶面的高度大致相同。
导电体471及绝缘体509上设置有绝缘体421及绝缘体214。绝缘体421及绝缘体214中嵌入导电体453。在此，可以使导电体453的顶面的高度与绝缘体214的顶面的高度大致相同。
如图18至图20所示，晶体管602的源极和漏极中的一个通过导电体461、导电体463、导电体465、导电体467、导电体469、导电体471、导电体453、导电体455、导电体305、导电体317、导电体337、导电体347、导电体353、导电体355、导电体357、连接电极760及各向异性导电体780电连接于FPC716。
绝缘体613、绝缘体614、绝缘体680、绝缘体674、绝缘体681、绝缘体501、绝缘体503、绝缘体505、绝缘体507及绝缘体509用作层间膜，也可以用作分别覆盖其下方的凹凸形状的平坦化膜。
通过采用图18至图20所示的半导体装置10的结构，可以在实现半导体装置10的窄边框化及小型化的同时作为半导体装置10中的所有晶体管使用OS晶体管。由此，不需要形成不同种类的晶体管，可以降低半导体装置10的制造成本，并可以提供廉价的半导体装置10。
<发光元件的结构实例>
图21A至图21E示出发光元件782的结构实例。图21A示出在导电体772与导电体788之间夹有EL层786的结构(单层结构)。如上所述，EL层786包含发光材料，例如，包含有机化合物的发光材料。
图21B是示出EL层786的叠层结构的图。在此，在具有图21B所示的结构的发光元件782中，导电体772用作阳极，导电体788用作阴极。
EL层786具有在导电体772上依次层叠有空穴注入层721、空穴传输层722、发光层723、电子传输层724及电子注入层725的结构。此外，在导电体772用作阴极且导电体788用作阳极的情况下，层叠顺序反转。
发光层723适当地组合发光材料及多个材料而可以具有能够获得呈现所希望的发光颜色的荧光发光及磷光发光的结构。此外，发光层723也可以具有发光颜色不同的叠层结构。在此情况下，用于层叠的各发光层的发光物质或其他物质可以分别使用不同材料。
在发光元件782中，例如，通过使图21B所示的导电体772为反射电极、使导电体788为透反射电极并采用光学微腔谐振器(微腔)结构，可以使从EL层786中的发光层723获得的光在上述电极之间发生谐振，从而可以增强透过导电体788射出的光。
在发光元件782的导电体772为由具有反射性的导电材料和具有透光性的导电材料(透明导电膜)的叠层结构构成的反射电极的情况下，可以通过调整透明导电膜的厚度来进行光学调整。具体地说，优选以如下方式进行调整：相对于从发光层723获得的光的波长λ，导电体772与导电体788的电极间距离为mλ/2(注意，m为自然数)左右。
此外，为了使从发光层723获得的所希望的光(波长：λ)放大，优选调整为如下：从导电体772到能够获得发光层的所希望的光的区域(发光区域)的光学距离及从导电体788到能够获得发光层723的所希望的光的区域(发光区域)的光学距离都成为(2m’+1)λ/4(注意，m’为自然数)左右。注意，在此说明的“发光区域”是指发光层723中的空穴与电子的再结合区域。
通过进行上述光学调整，可以使能够从发光层723获得的特定的单色光的光谱变窄，由此获得色纯度良好的发光。
注意，在上述情况下，严格地说，导电体772和导电体788之间的光学距离可以说是从导电体772中的反射区域到导电体788中的反射区域的总厚度。但是，因为难以准确地决定导电体772或导电体788中的反射区域的位置，所以通过假定导电体772及导电体788中的任意的位置为反射区域可以充分得到上述效果。此外，严密地说，导电体772和能够获得所希望的光的发光层之间的光学距离可以说是导电体772中的反射区域和能够获得所希望的光的发光层中的发光区域之间的光学距离。但是，因为难以准确地决定导电体772中的反射区域或能够获得所希望的光的发光层中的发光区域的位置，所以通过假定导电体772中的任意的位置为反射区域且能够获得所希望的光的发光层的任意的位置为发光区域，可以充分得到上述效果。
图21B所示的发光元件782具有微腔结构，因此即使具有相同的EL层也可以提取不同波长的光(单色光)。由此，为了获得不同的发光颜色不需要分别涂布(例如涂布为R、G、B)。由此，容易实现高清晰度。此外，可以与着色层组合。并且，可以增强具有特定波长的正面方向上的发光强度，从而可以实现低功耗化。
图21B所示的发光元件782也可以不具有微腔结构。在此情况下，通过使发光层723发射白色光并设置着色层，可以提取规定颜色的光(如RGB)。此外，当形成EL层786时，通过分别涂布以得到不同的发光颜色，可以提取规定颜色的光而不设置着色层。
导电体772和导电体788中的至少一个可以为具有透光性的电极(透明电极、透反射电极等)。在具有透光性的电极为透明电极的情况下，透明电极的可见光透过率为40％以上。此外，在该电极为透反射电极的情况下，透反射电极的可见光反射率为20％以上且80％以下，优选为40％以上且70％以下。此外，这些电极的电阻率优选为1×10-2Ωcm以下。
在导电体772或导电体788为具有反射性的电极(反射电极)的情况下，具有反射性的电极的可见光反射率为40％以上且100％以下，优选为70％以上且100％以下。此外，该电极的电阻率优选为1×10-2Ωcm以下。
发光元件782的结构可以采用图21C所示的结构。图21C示出在导电体772和导电体788之间设置有两层的EL层(EL层786a及EL层786b)且在EL层786a和EL层786b之间包括电荷产生层792的具有叠层结构(串联结构)的发光元件782。通过使发光元件782具有串联结构，可以提高发光元件782的电流效率及外量子效率。由此，可以在半导体装置10上显示高亮度图像。此外，可以降低半导体装置10的功耗。在此，EL层786a及EL层786b可以具有与图21B所示的EL层786同样的结构。
电荷产生层792具有如下功能：在对导电体772及导电体788供应电压时，对EL层786a及EL层786b中的一个注入电子并对另一个注入空穴的功能。因此，当以导电体772的电位高于导电体788的方式供应电压时，从电荷产生层792对EL层786a注入电子且对EL层786b注入空穴。
此外，从光提取效率的观点来看，电荷产生层792优选使可见光透过(具体地说，电荷产生层792的可见光透过率为40％以上)。此外，电荷产生层792的电导率也可以比导电体772或导电体788低。
发光元件782的结构可以采用图21D所示的结构。图21D示出在导电体772和导电体788之间设置有三层的EL层(EL层786a、EL层786b及EL层786c)且在EL层786a和EL层786b之间及EL层786b和EL层786c之间设置有电荷产生层792的具有串联结构的发光元件782。在此，EL层786a、EL层786b及EL层786c可以具有与图21B所示的EL层786同样的结构。通过使发光元件782具有图21D所示的结构，可以进一步提高发光元件782的电流效率及外量子效率。由此，可以在半导体装置10上显示亮度更高的图像。此外，可以进一步降低半导体装置10的功耗。
发光元件782的结构可以采用图21E所示的结构。图21E示出在导电体772和导电体788之间设置有n层的EL层(EL层786(1)至EL层786(n))且在各EL层786之间设置有电荷产生层792的具有串联结构的发光元件782。在此，EL层786(1)至EL层786(n)可以具有与图21B所示的EL层786同样的结构。此外，图21E示出EL层786中的EL层786(1)、EL层786(m)及EL层786(n)。在此，m为2以上且小于n的整数，n为m以上的整数。n的值越大，越可以提高发光元件782的电流效率及外量子效率。由此，可以在半导体装置10上显示高亮度图像。此外，可以降低半导体装置10的功耗。
<发光元件的构成材料>
接着，对可以用于发光元件782的构成材料进行说明。
<<导电体772及导电体788>>
作为导电体772及导电体788，如果可以满足阳极和阴极的功能则可以适当地组合下述材料。例如，可以适当地使用金属、合金、导电化合物以及它们的混合物等。具体而言，可以举出In-Sn氧化物(也称为ITO)、In-Si-Sn氧化物(也称为ITSO)、In-Zn氧化物、In-W-Zn氧化物。除了上述以外，还可以举出铝(Al)、钛(Ti)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、镓(Ga)、锌(Zn)、铟(In)、锡(Sn)、钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)、钯(Pd)、金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、钇(Y)、钕(Nd)等金属以及适当地组合它们的合金。除了上述以外，可以使用属于元素周期表中第1族或第2族的元素(例如，锂(Li)、铯(Cs)、钙(Ca)、锶(Sr))、铕(Eu)、镱(Yb)等稀土金属、适当地组合它们的合金以及石墨烯等。
<<空穴注入层721及空穴传输层722>>
空穴注入层721是将空穴从阳极的导电体772或电荷产生层792注入到EL层786中的层，包含空穴注入性高的材料。在此，EL层786包括EL层786a、EL层786b、EL层786c、EL层786(1)至EL层786(n)。
作为空穴注入性高的材料，可以举出钼氧化物、钒氧化物、钌氧化物、钨氧化物、锰氧化物等过渡金属氧化物。除了上述以外，可以使用酞菁类化合物如酞菁(简称：H2Pc)、铜酞菁(CuPc)等；芳香胺化合物如4,4’-双[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]联苯(简称：DPAB)、N,N'-双{4-[双(3-甲基苯基)氨基]苯基}-N,N'-二苯基-(1,1'-联苯)-4,4'-二胺(简称：DNTPD)等；或者高分子如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(简称：PEDOT/PSS)等。
作为空穴注入性高的材料，也可以使用包含空穴传输性材料及受体材料(电子受体材料)的复合材料。在此情况下，由受体材料从空穴传输性材料抽出电子而空穴注入层721中产生空穴，空穴通过空穴传输层722注入到发光层723中。此外，空穴注入层721可以采用由包含空穴传输性材料及受体材料(电子受体材料)的复合材料构成的单层，也可以采用分别使用空穴传输性材料及受体材料(电子受体材料)形成的层的叠层。
空穴传输层722是将从导电体772经过空穴注入层721注入的空穴传输到发光层723中的层。此外，空穴传输层722是包含空穴传输性材料的层。作为用于空穴传输层722的空穴传输性材料，特别优选使用具有与空穴注入层721的HOMO能级相同或相近的HOMO能级的材料。
作为用于空穴注入层721的受体材料，可以使用属于元素周期表中的第4族至第8族的金属的氧化物。具体地说，可以举出氧化钼、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钨、氧化锰、氧化铼。特别优选使用氧化钼，因为其在大气中也稳定，吸湿性低，并且容易处理。除了上述以外，可以举出醌二甲烷衍生物、四氯苯醌衍生物、六氮杂三亚苯衍生物等有机受体。具体地说，可以使用7，7，8，8-四氰基-2，3，5，6-四氟醌二甲烷(简称：F4-TCNQ)、四氯苯醌、2，3，6，7，10，11-六氰-1，4，5，8，9，12-六氮杂三亚苯(简称：HAT-CN)等。
作为用于空穴注入层721及空穴传输层722的空穴传输性材料，优选为具有10- 6cm2/Vs以上的空穴迁移率的物质。此外，只要是空穴传输性高于电子传输性的物质，可以使用上述以外的物质。
作为空穴传输性材料，优选使用富π电子型杂芳族化合物(例如，咔唑衍生物或吲哚衍生物)或芳香胺化合物，具体的例子为如下：4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称：NPB或α-NPD)、N，N’-双(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-[1，1’-联苯]-4，4’-二胺(简称：TPD)、4,4'-双[N-(螺-9,9'-二芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(简称：BSPB)、4-苯基-4'-(9-苯基芴-9-基)三苯胺(简称：BPAFLP)、4-苯基-3'-(9-苯基芴-9-基)三苯基胺(简称：mBPAFLP)、4-苯基-4’-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBA1BP)、3-[4-(9-菲基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(简称：PCPPn)、N-(4-联苯)-N-(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-9-苯基-9H-咔唑-3-胺(简称：PCBiF)、N-(1,1’-联苯-4-基)-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-9,9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：PCBBiF)、4,4'-二苯基-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBBi1BP)、4-(1-萘基)-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBANB)、4，4’-二(1-萘基)-4”-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBNBB)、9，9-二甲基-N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]芴-2-胺(简称：PCBAF)、N-苯基-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]螺-9，9'-二芴-2-胺(简称：PCBASF)、4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(简称：TCTA)、4,4',4”-三(N,N-二苯基氨基)三苯胺(简称：TDATA)、4,4',4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(简称：MTDATA)等具有芳香胺骨架的化合物；1,3-双(N-咔唑基)苯(简称：mCP)、4，4'-二(N-咔唑基)联苯(简称：CBP)、3,6-双(3,5-二苯基苯基)-9-苯基咔唑(简称：CzTP)、3,3'-双(9-苯基-9H-咔唑)(简称：PCCP)、3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA1)、3，6-双[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯氨基]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨]-9-苯基咔唑(简称：PCzPCN1)、1，3，5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(简称：TCPB)、9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)等具有咔唑骨架的化合物；4，4’，4”-(苯-1，3，5-三基)三(二苯并噻吩)(简称：DBT3P-II)、2，8-二苯基-4-[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]二苯并噻吩(简称：DBTFLP-III)、4-[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]-6-苯基二苯并噻吩(简称：DBTFLP-IV)等具有噻吩骨架的化合物；4，4’，4”-(苯-1，3，5-三基)三(二苯并呋喃)(简称：DBF3P-II)、4-{3-[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]苯基}二苯并呋喃(简称：mmDBFFLBi-II)等具有呋喃骨架的化合物。
再者，还可以使用聚(N-乙烯基咔唑)(简称：PVK)、聚(4-乙烯基三苯胺)(简称：PVTPA)、聚[N-(4-{N'-[4-(4-二苯基氨基)苯基]苯基-N'-苯基氨基}苯基)甲基丙烯酰胺](简称：PTPDMA)、聚[N,N'-双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺](简称：Poly-TPD)等高分子化合物。
注意，空穴传输性材料不局限于上述材料，可以组合一种或多种的已知的各种各样材料而用于空穴注入层721及空穴传输层722作为空穴传输性材料。此外，空穴传输层722也可以分别由多个层构成。也就是说，例如，也可以层叠有第一空穴传输层和第二空穴传输层。
<<发光层723>>
发光层723是包含发光物质的层。此外，作为发光物质，适当地使用呈现蓝色、紫色、蓝紫色、绿色、黄绿色、黄色、橙色、红色等的发光颜色的物质。在此，如图21C、图21D及图21E所示，在发光元件782具有多个EL层的情况下，通过在设置于每个EL层中的发光层723中分别使用不同的发光物质，可以成为呈现不同的发光颜色的结构(例如，可以组合处于补色关系的发光颜色获得白色发光)。例如，在发光元件782具有图21C所示的结构的情况下，通过在设置于EL层786a中的发光层723和设置于EL层786b中的发光层723之间使用不同的发光物质，可以使EL层786a的发光颜色不同于EL层786b的发光颜色。此外，也可以为一个发光层具有不同的发光物质的叠层结构。
此外，发光层723除了发光物质(客体材料)以外还可以包含一种或多种有机化合物(主体材料、辅助材料)。此外，作为一种或多种有机化合物，可以使用空穴传输性材料和电子传输性材料中的一方或双方。
在发光元件782具有图21C所示的结构的情况下，优选的是：在EL层786a和EL层786b中的任一个中使用呈现蓝色发光的发光物质(蓝色发光物质)作为客体材料，在另一个中使用呈现绿色发光的物质(绿色发光物质)及呈现红色发光的物质(红色发光物质)。这种方法是在蓝色发光物质(蓝色发光层)的发光效率及使用寿命比其他颜色低或短的情况下有效的。此外，在此，当使用将单重激发能量转换为可见光区域的光的发光物质作为蓝色发光物质且使用将三重激发能量转换为可见光区域的光的发光物质作为绿色及红色发光物质时，发挥RGB的光谱的平衡良好，所以是优选的。
对可用于发光层723的发光物质没有特别的限制，可以使用将单重激发能量转换为可见光区域的光的发光物质或将三重激发能量转换为可见光区域的光的发光物质。此外，作为上述发光物质，例如可以举出如下物质。
作为将单重激发能量转换为发光的发光物质，可以举出发射荧光的物质(荧光材料)，例如可以举出芘衍生物、蒽衍生物、三亚苯衍生物、芴衍生物、咔唑衍生物、二苯并噻吩衍生物、二苯并呋喃衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、喹喔啉衍生物、吡啶衍生物、嘧啶衍生物、菲衍生物、萘衍生物等。尤其是芘衍生物的发光量子产率高，所以是优选的。作为芘衍生物的具体例子，可以举出N,N’-双(3-甲基苯基)-N,N’-双[3-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]芘-1,6-二胺(简称：1,6mMemFLPAPrn)、N,N’-二苯基-N,N’-双[4-(9-苯基-9H-芴-9-基)苯基]芘-1,6-二胺(简称：1,6FLPAPrn)、N,N’-双(二苯并呋喃-2-基)-N,N’-二苯基芘-1,6-二胺(简称：1,6FrAPrn)、N,N’-双(二苯并噻吩-2-基)-N,N’-二苯基芘-1,6-二胺(简称：1,6ThAPrn)、N,N’-(芘-1,6-二基)双[(N-苯基苯并[b]萘并[1,2-d]呋喃)-6-胺](简称：1,6BnfAPrn)、N,N’-(芘-1,6-二基)双[(N-苯基苯并[b]萘并[1,2-d]呋喃)-8-胺](简称：1,6BnfAPrn-02)、N,N’-(芘-1,6-二基)双[(6,N-二苯基苯并[b]萘并[1,2-d]呋喃)-8-胺](简称：1,6BnfAPrn-03)等。此外，芘衍生物是为了达成本发明的一个方式中的蓝色的色度而有效的化合物群。
除了上述以外，可以使用5，6-双[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-2，2'-联吡啶(简称：PAP2BPy)、5，6-双[4'-(10-苯基-9-蒽基)联苯-4-基]-2，2'-联吡啶(简称：PAPP2BPy)、N,N'-双[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基芪-4,4'-二胺(简称：YGA2S)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称：YGAPA)、4-(9H-咔唑-9-基)-4'-(9,10-二苯基-2-蒽基)三苯胺(简称：2YGAPPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：PCAPA)、4-(10-苯基-9-蒽基)-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBAPA)、4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-4'-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)三苯胺(简称：PCBAPBA)、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯(简称：TBP)、N，N”-(2-叔丁基蒽-9，10-二基二-4，1-亚苯基)双[N，N’，N’-三苯基-1，4-苯二胺](简称：DPABPA)、N，9-二苯基-N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：2PCAPPA)、N-[4-(9，10-二苯基-2-蒽基)苯基]-N，N’，N’-三苯基-1，4-苯二胺(简称：2DPAPPA)等。
作为将三重激发能量转换为发光的发光物质，例如可以举出发射磷光的物质(磷光材料)或呈现热活化延迟荧光的热活化延迟荧光(Thermally activated delayedfluorescence：TADF)材料。
作为磷光材料，可以举出有机金属配合物、金属配合物(铂配合物)、稀土金属配合物等。这种物质根据每个物质呈现不同的发光颜色(发光峰值)，因此根据需要适当地选择而使用。
作为呈现蓝色或绿色且其发射光谱的峰值波长为450nm以上且570nm以下的磷光材料，可以举出如下物质。
例如可以举出三{2-[5-(2-甲基苯基)-4-(2，6-二甲基苯基)-4H-1，2，4-三唑-3-基-κN2]苯基-κC}铱(III)(简称：[Ir(mpptz-dmp)3])、三(5-甲基-3，4-二苯基-4H-1，2，4-三唑(triazolato))铱(III)(简称：[Ir(Mptz)3])、三[4-(3-联苯)-5-异丙基-3-苯基-4H-1，2，4-三唑(triazolato)]铱(III)(简称：[Ir(iPrptz-3b)3])、三[3-(5-联苯)-5-异丙基-4-苯基-4H-1，2，4-三唑(triazolato)]铱(III)(简称：[Ir(iPr5btz)3])等具有4H-三唑骨架的有机金属配合物；三[3-甲基-1-(2-甲基苯基)-5-苯基-1H-1，2，4-三唑(triazolato)]铱(III)(简称：[Ir(Mptz1-mp)3])、三(1-甲基-5-苯基-3-丙基-1H-1，2，4-三唑(triazolato))铱(III)(简称：[Ir(Prptz1-Me)3])等具有1H-三唑骨架的有机金属配合物；fac-三[1-(2，6-二异丙基苯基)-2-苯基-1H-咪唑]铱(III)(简称：[Ir(iPrpmi)3])、三[3-(2，6-二甲基苯基)-7-甲基咪唑并[1，2-f]菲啶根(phenanthridinato)]铱(III)(简称：[Ir(dmpimpt-Me)3])等具有咪唑骨架的有机金属配合物；以及双[2-(4'，6'-二氟苯基)吡啶根-N，C2']铱(III)四(1-吡唑基)硼酸盐(简称：FIr6)、双[2-(4'，6'-二氟苯基)吡啶根-N，C2']铱(III)吡啶甲酸盐(简称：FIrpic)、双[2-(3，5-双三氟甲基苯基)-吡啶根-N，C2']铱(III)吡啶甲酸盐(简称：[Ir(CF3ppy)2(pic)])、双[2-(4'，6'-二氟苯基)吡啶根-N，C2']铱(III)乙酰丙酮(简称：FIr(acac))等以具有吸电子基团的苯基吡啶衍生物为配体的有机金属配合物等。
作为呈现绿色或黄色且其发射光谱的峰值波长为495nm以上且590nm以下的磷光材料，可以举出如下物质。
例如可以举出三(4-甲基-6-苯基嘧啶)铱(III)(简称：[Ir(mppm)3])、三(4-叔丁基-6-苯基嘧啶)铱(III)(简称：[Ir(tBuppm)3])、(乙酰丙酮根)双(6-甲基-4-苯基嘧啶)铱(III)(简称：[Ir(mppm)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双(6-叔丁基-4-苯基嘧啶)铱(III)(简称：[Ir(tBuppm)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双[6-(2-降莰基)-4-苯基嘧啶]铱(III)(简称：[Ir(nbppm)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双[5-甲基-6-(2-甲基苯基)-4-苯基嘧啶]铱(III)(简称：[Ir(mpmppm)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双{4，6-二甲基-2-[6-(2，6-二甲基苯基)-4-嘧啶基-κN3]苯基-κC}铱(III)(简称：[Ir(dmppm-dmp)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双(4，6-二苯基嘧啶)铱(III)(简称：[Ir(dppm)2(acac)])等具有嘧啶骨架的有机金属铱配合物、(乙酰丙酮根)双(3，5-二甲基-2-苯基吡嗪)铱(III)(简称：[Ir(mppr-Me)2(acac)])、(乙酰丙酮根)双(5-异丙基-3-甲基-2-苯基吡嗪)铱(III)(简称：[Ir(mppr-iPr)2(acac)])等具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物、三(2-苯基吡啶根-N，C2')铱(III)(简称：[Ir(ppy)3])、双(2-苯基吡啶根-N，C2')铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(ppy)2(acac)])、双(苯并[h]喹啉)铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(bzq)2(acac)])、三(苯并[h]喹啉)铱(III)(简称：[Ir(bzq)3])、三(2-苯基喹啉-N，C2＇)铱(III)(简称：[Ir(pq)3])、双(2-苯基喹啉-N，C2')铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(pq)2(acac)])等具有吡啶骨架的有机金属铱配合物、双(2，4-二苯基-1，3-噁唑-N，C2')铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(dpo)2(acac)])、双{2-[4'-(全氟苯基)苯基]吡啶-N，C2'}铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(p-PF-ph)2(acac)])、双(2-苯基苯并噻唑-N，C2')铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(bt)2(acac)])等有机金属配合物、三(乙酰丙酮根)(单菲罗啉)铽(III)(简称：[Tb(acac)3(Phen)])等稀土金属配合物。
在上述物质中，具有吡啶骨架(尤其是苯基吡啶骨架)或嘧啶骨架的有机金属铱配合物是为了达成本发明的一个方式中的绿色的色度而有效的化合物群。
作为呈现黄色或红色且其发射光谱的峰值波长为570nm以上且750nm以下的磷光材料，可以举出如下物质。
例如可以举出(二异丁酰甲烷根)双[4，6-双(3-甲基苯基)嘧啶根]铱(III)(简称：[Ir(5mdppm)2(dibm)])、双[4，6-双(3-甲基苯基)嘧啶根](二新戊酰甲烷)铱(III)(简称：[Ir(5mdppm)2(dpm)])、(二新戊酰甲烷)双[4，6-二(萘-1-基)嘧啶根]铱(III)(简称：[Ir(d1npm)2(dpm)])等具有嘧啶骨架的有机金属配合物；(乙酰丙酮)双(2，3，5-三苯基吡嗪)铱(III)(简称：[Ir(tppr)2(acac)])、双(2，3，5-三苯基吡嗪)(二新戊酰甲烷)铱(III)(简称：[Ir(tppr)2(dpm)])、双{4,6-二甲基-2-[3-(3,5-二甲基苯基)-5-苯基-2-吡嗪基-κN]苯基-κC}(2,6-二甲基-3,5-庚二酮-κ2O,O’)铱(III)(简称：[Ir(dmdppr-P)2(dibm)])、双{4,6-二甲基-2-[5-(4-氰基-2,6-二甲基苯基)-3-(3,5-二甲基苯基)-2-吡嗪基-κN]苯基-κC}(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮-κ2O,O’)铱(III)(简称：[Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)])、(乙酰丙酮)双[2-甲基-3-苯基喹喔啉合(quinoxalinato)]-N，C2’]铱(III)(简称：[Ir(mpq)2(acac)])、(乙酰丙酮)双(2，3-二苯基喹喔啉合(quinoxalinato)-N，C2’]铱(III)(简称：[Ir(dpq)2(acac)])、(乙酰丙酮)双[2，3-双(4-氟苯基)喹喔啉合(quinoxalinato)]铱(III)(简称：[Ir(Fdpq)2(acac)])等具有吡嗪骨架的有机金属配合物；三(1-苯基异喹啉-N，C2’)铱(III)(简称：[Ir(piq)3])、双(1-苯基异喹啉-N,C2')铱(III)乙酰丙酮(简称：[Ir(piq)2(acac)])等具有吡啶骨架的有机金属配合物；2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H-卟啉铂(II)(简称：[PtOEP])等铂配合物；以及三(1，3-二苯基-1，3-丙二酮(propanedionato))(单菲罗啉)铕(III)(简称：[Eu(DBM)3(Phen)])、三[1-(2-噻吩甲酰基)-3，3，3-三氟丙酮](单菲罗啉)铕(III)(简称：[Eu(TTA)3(Phen)])等稀土金属配合物。
在上述物质中，具有吡嗪骨架的有机金属铱配合物是为了达成本发明的一个方式中的红色的色度而有效的化合物群。尤其是，具有氰基的有机金属铱配合物诸如[Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)]等其稳定性高，所以是优选的。
此外，作为蓝色的发光物质，可以使用光致发光的峰值波长为430nm以上且470nm以下，优选为430nm以上且460nm以下的物质。此外，作为绿色的发光物质，可以使用光致发光的峰值波长为500nm以上且540nm以下，优选为500nm以上且530nm以下的物质。作为红色的发光物质，可以使用光致发光的峰值波长为610nm以上且680nm以下，优选为620nm以上且680nm以下的物质。此外，光致发光的测定都可以使用溶液或薄膜。
通过同时使用上述化合物及微腔效应，可以更容易达到上述色度。此时，为了获得微腔效应所需要的透反射电极(金属薄膜部分)的厚度优选为20nm以上且40nm以下，更优选大于25nm且为40nm以下。当该厚度超过40nm时，效率可能会降低。
作为用于发光层723的有机化合物(主体材料、辅助材料)，可以使用选择一种或多种其能隙比发光物质(客体材料)大的物质。此外，上述空穴传输性材料及后述的电子传输性材料分别可以被用作主体材料或辅助材料。
当发光物质是荧光材料时，优选使用单重激发态的能级大且三重激发态的能级小的有机化合物作为主体材料。例如，优选使用蒽衍生物或并四苯衍生物。具体而言，可以举出9-苯基-3-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：PCzPA)、3-[4-(1-萘基)-苯基]-9-苯基-9H-咔唑(简称：PCPN)、9-[4-(10-苯基-9-蒽)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)、7-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-7H-二苯并[c,g]咔唑(简称：cgDBCzPA)、6-[3-(9,10-二苯基-2-蒽基)苯基]-苯并[b]萘并[1,2-d]呋喃(简称：2mBnfPPA)、9-苯基-10-{4-(9-苯基-9H-芴-9-基)联苯-4’-基}蒽(简称：FLPPA)、5,12-二苯基并四苯、5,12-双(联苯-2-基)并四苯等。
在发光物质是磷光材料的情况下，选择其三重态激发能量比发光物质的三重态激发能量(基态和三重激发态之间的能量差)大的有机化合物作为主体材料，即可。在此情况下，可以使用锌或铝类金属配合物、噁二唑衍生物、三唑衍生物、苯并咪唑衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、二苯并噻吩衍生物、二苯并呋喃衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、吡啶衍生物、联吡啶衍生物、菲罗啉衍生物等或者芳香胺、咔唑衍生物等。
具体地说，可以举出：三(8-羟基喹啉)铝(III)(简称：Alq)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(III)(简称：Almq3)、双(10-羟基苯并[h]喹啉)铍(II)(简称：BeBq2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(III)(简称：BAlq)、双(8-羟基喹啉)锌(II)(简称：Znq)、双[2-(2-苯并恶唑基)苯酚]锌(II)(简称：ZnPBO)、双[2-(2-苯并噻唑基)苯酚]锌(II)(简称：ZnBTZ)等金属配合物；2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称：PBD)、1，3-双[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(简称：OXD-7)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1，2，4-三唑(简称：TAZ)、2，2'，2”-(1，3，5-苯三基)-三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(简称：TPBI)、红菲咯啉(简称：BPhen)、浴铜灵(简称：BCP)、2,9-双(萘-2-基)-4,7-二苯基-1,10-菲罗啉(简称：NBphen)、9-[4-(5-苯基-1，3，4-噁二唑-2-基)苯基]-9H-咔唑(简称：CO11)等杂环化合物；以及NPB、TPD、BSPB等芳香胺化合物。
此外，可以举出蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、
Figure BDA0003325701860000631
(chrysene)衍生物、二苯并[g，p]
Figure BDA0003325701860000632
衍生物等稠合多环杂芳族化合物(condensed polycyclic aromatic compound)。具体地，可以举出9，10-二苯基蒽(简称：DPAnth)、N，N-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(简称：CzA1PA)、4-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(简称：DPhPA)、YGAPA、PCAPA、N,9-二苯基-N-{4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯基}-9H-咔唑-3-胺(简称：PCAPBA)、9,10-二苯基-2-[N-苯基-N-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)氨基]蒽(简称：2PCAPA)、6,12-二甲氧基-5,11-二苯
Figure BDA0003325701860000641
N，N，N’，N’，N”，N”，N”’，N”’-八苯基二苯并[g，p]
Figure BDA0003325701860000642
-2，7，10，15-四胺(简称：DBC1)、9-[4-(10-苯基-9-蒽)苯基]-9H-咔唑(简称：CzPA)、3,6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(简称：DPCzPA)、9,10-双(3,5-二苯基苯基)蒽(简称：DPPA)、9,10-二(2-萘基)蒽(简称：DNA)、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(简称：t-BuDNA)、9,9'-联蒽(简称：BANT)、9,9'-(二苯乙烯-3,3'-二基)二菲(简称：DPNS)、9,9'-(二苯乙烯-4,4'-二基)二菲(简称：DPNS2)以及1,3,5-三(1-芘基)苯(简称：TPB3)等。
此外，在将多个有机化合物用于发光层723的情况下，优选混合形成激基复合物的化合物和发光物质而使用。在此情况下，可以适当地组合各种有机化合物而使用，但是为了高效地形成激基复合物，特别优选组合容易接收空穴的化合物(空穴传输性材料)和容易接收电子的化合物(电子传输性材料)。此外，作为空穴传输性材料及电子传输性材料的具体例子，可以使用本实施方式所示的材料。
TADF材料是指能够利用微小的热能量将三重激发态上转换(up-convert)为单重激发态(逆系间窜越)并高效率地呈现来自单重激发态的发光(荧光)的材料。可以高效率地获得热活化延迟荧光的条件为如下：三重激发能级和单重激发能级之间的能量差为0eV以上且0.2eV以下，优选为0eV以上且0.1eV以下。TADF材料所呈现的延迟荧光是指其光谱与一般的荧光同样但其寿命非常长的发光。该寿命为10-6秒以上，优选为10-3秒以上。
作为TADF材料，例如可以举出富勒烯或其衍生物、普鲁黄素等吖啶衍生物、伊红等。此外，可以举出包含镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、锡(Sn)、铂(Pt)、铟(In)或钯(Pd)等的含金属卟啉。作为含金属卟啉，例如，也可以举出原卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Proto IX))、中卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Meso IX))、血卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Hemato IX))、粪卟啉四甲酯-氟化锡配合物(SnF2(Copro III-4Me))、八乙基卟啉-氟化锡配合物(SnF2(OEP))、初卟啉-氟化锡配合物(SnF2(Etio I))以及八乙基卟啉-氯化铂配合物(PtCl2OEP)等。
除了上述以外，可以使用2-(联苯-4-基)-4，6-双(12-苯基吲哚并[2，3-a]咔唑-11-基)-1，3，5-三嗪(PIC-TRZ)、2-{4-[3-(N-苯基-9H-咔唑-3-基)-9H-咔唑-9-基]苯基}-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(PCCzPTzn)、2-[4-(10H-吩恶嗪-10-基)苯基]-4，6-二苯基-1，3，5-三嗪(PXZ-TRZ)、3-[4-(5-苯基-5，10-二氢吩嗪-10-基)苯基]-4，5-二苯基-1，2，4-三唑(PPZ-3TPT)、3-(9，9-二甲基-9H-吖啶-10-基)-9H-氧杂蒽-9-酮(ACRXTN)、双[4-(9，9-二甲基-9，10-二氢吖啶)苯基]砜(DMAC-DPS)、10-苯基-10H，10’H-螺[吖啶-9，9’-蒽]-10’-酮(ACRSA)等具有富π电子型杂芳环及缺π电子型杂芳环的杂环化合物。此外，在富π电子型杂芳环和缺π电子型杂芳环直接键合的物质中，富π电子型杂芳环的供体性和缺π电子型杂芳环的受体性都强，单重激发态与三重激发态之间的能量差变小，所以是尤其优选的。
此外，在使用TADF材料的情况下，可以组合其他有机化合物使用。
<<电子传输层724>>
电子传输层724是将从导电体788经过电子注入层725注入的电子传输到发光层723中的层。此外，电子传输层724是包含电子传输性材料的层。作为用于电子传输层724的电子传输性材料，优选为具有1×10-6cm2/Vs以上的电子迁移率的物质。此外，只要是电子传输性高于空穴传输性的物质，就可以使用上述以外的物质。
作为电子传输性材料可以举出具有喹啉配体、苯并喹啉配体、噁唑配体、噻唑配体的金属配合物、噁二唑衍生物、三唑衍生物、菲罗啉衍生物、吡啶衍生物、联吡啶衍生物等。除了上述以外，也可以使用含氮杂芳族化合物等缺π电子型杂芳族化合物。
具体地说，可以使用Alq3、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(简称：Almq3)、双(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(简称：BeBq2)、BAlq、Zn(BOX)2、双[2-(2-羟基苯基)-苯并噻唑]锌(简称：Zn(BTZ)2)等金属配合物、2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称：PBD)、1，3-双[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(简称：OXD-7)、3-(4’-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4”-联苯基)-1，2，4-三唑(简称：TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称：p-EtTAZ)、红菲咯啉(简称：Bphen)、浴铜灵(简称：BCP)、4，4’-双(5-甲基苯并噁唑-2-基)二苯乙烯(简称：BzOs)等杂芳族化合物、2-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：2mDBTPDBq-II)、2-[3’-(二苯并噻吩-4-基)联苯-3-基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：2mDBTBPDBq-II)、2-[4-(3，6-二苯基-9H-咔唑-9-基)苯基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：2CzPDBq-III)、7-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：7mDBTPDBq-II)和6-[3-(二苯并噻吩-4-基)苯基]二苯并[f，h]喹喔啉(简称：6mDBTPDBq-II)等喹喔啉衍生物或二苯并喹喔啉衍生物。
此外，还可以使用聚(2，5-吡啶二基)(简称：PPy)、聚[(9，9-二己基芴-2，7-二基)-共-(吡啶-3，5-二基)](简称：PF-Py)、聚[(9，9-二辛基芴-2，7-二基)-共-(2，2’-联吡啶-6，6’-二基)](简称：PF-BPy)等高分子化合物。
此外，电子传输层724既可采用单层结构又可采用层叠有两层以上的由上述物质构成的层的结构。
<<电子注入层725>>
电子注入层725是包含电子注入性高的物质的层。作为电子注入层725，可以使用氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaF2)及锂氧化物(LiOx)等碱金属、碱土金属或这些金属的化合物。此外，可以使用氟化铒(ErF3)等稀土金属化合物。此外，也可以将电子盐用于电子注入层725。作为该电子盐，例如可以举出对钙和铝的混合氧化物以高浓度添加电子的物质等。此外，也可以使用如上所述的构成电子传输层724的物质。
此外，也可以将混合有机化合物与电子给体(供体)而成的复合材料用于电子注入层725。这种复合材料因为通过电子给体在有机化合物中产生电子而具有优异的电子注入性和电子传输性。在此情况下，有机化合物优选是在传输所产生的电子方面性能优异的材料，具体而言，例如，可以使用用于上述电子传输层724的电子传输性材料(金属配合物、杂芳族化合物等)。作为电子给体，只要是对有机化合物呈现电子施主性的物质即可。具体而言，优选使用碱金属、碱土金属和稀土金属，可以举出锂、铯、镁、钙、铒、镱等。此外，优选使用碱金属氧化物或碱土金属氧化物，可以举出锂氧化物、钙氧化物、钡氧化物等。此外，还可以使用氧化镁等路易斯碱。此外，也可以使用四硫富瓦烯(简称：TTF)等有机化合物。
<<电荷产生层792>>
电荷产生层792具有如下功能：在对导电体772及导电体788施加电压时，对接触于该电荷产生层792的两个EL层786中离导电体772更近的一个EL层786注入电子且对离导电体788更近的一个EL层786注入空穴的功能。例如，在具有图21C所示的结构的发光元件782中，电荷产生层792具有对EL层786a注入电子且对EL层786b注入空穴的功能。电荷产生层792既可以具有对空穴传输性材料添加电子受体(受体)的结构，也可以具有对电子传输性材料添加电子给体(供体)的结构。或者，也可以层叠有这两种结构。此外，通过使用上述材料形成电荷产生层792，可以抑制在层叠EL层时的半导体装置10的驱动电压的增大。
在电荷产生层792具有对空穴传输性材料添加电子受体的结构的情况下，作为电子受体，可以举出7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟醌二甲烷(简称：F4-TCNQ)、氯醌等。此外，可以举出属于元素周期表中第4族至第8族的元素的金属的氧化物。具体地说，可以举出氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化钨、氧化锰、氧化铼等。
在电荷产生层792具有对电子传输性材料添加电子供体的结构的情况下，作为电子给体，可以使用碱金属、碱土金属、稀土金属或属于元素周期表中第2族、第13族的金属及它们的氧化物或碳酸盐。具体而言，优选使用锂(Li)、铯(Cs)、镁(Mg)、钙(Ca)、镱(Yb)、铟(In)、氧化锂、碳酸铯等。此外，也可以将如四硫萘并萘(tetrathianaphthacene)等有机化合物用作电子给体。
此外，当制造发光元件782时，可以利用蒸镀法等真空工序或旋涂法、喷墨法等溶液工序。作为蒸镀法，可以利用溅射法、离子镀法、离子束蒸镀法、分子束蒸镀法、真空蒸镀法等物理蒸镀法(PVD法)或化学气相沉积法(CVD法)等。尤其是，可以利用蒸镀法(真空蒸镀法)、涂敷法(浸涂法、染料涂布法、棒式涂布法、旋涂法、喷涂法等)、印刷法(喷墨法、丝网印刷(孔版印刷)法、胶版印刷(平版印刷)法、柔版印刷(凸版印刷)法、照相凹版印刷法、微接触印刷法等)等方法形成包括在发光元件的EL层中的功能层(空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层)以及电荷产生层。
此外，本实施方式所示的构成发光元件的EL层的各功能层(空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层)以及电荷产生层的材料不局限于此，即使是除了上述以外的材料，只要可以满足各层的功能就可以组合地使用。作为一个例子，可以使用高分子化合物(低聚物、树枝状聚合物、聚合物等)、中分子化合物(介于低分子与高分子之间的化合物：分子量为400至4000)、无机化合物(量子点材料等)等。作为量子点材料，可以使用胶状量子点材料、合金型量子点材料、核壳型量子点材料、核型量子点材料等。
本实施方式所示的结构实例及对应于这些例子的附图等的至少一部分可以与其他结构实例或附图等适当地组合而实施。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式2)
在本实施方式中，说明可以用于本发明的一个方式的半导体装置的晶体管。
<晶体管的结构实例1>
图22A、图22B及图22C是可以用于本发明的一个方式的半导体装置的晶体管200A及晶体管200A周边的俯视图及截面图。可以将晶体管200A用作像素阵列33、栅极驱动电路21、源极驱动电路22及电路40所包括的晶体管。
图22A是晶体管200A的俯视图。此外，图22B及图22C是晶体管200A的截面图。在此，图22B是沿着图22A中的点划线A1-A2的截面图，该截面图相当于晶体管200A的沟道长度方向上的截面图。图22C是沿着图22A中的点划线A3-A4的截面图，该截面图相当于晶体管200A的沟道宽度方向上的截面图。注意，为了容易理解，在图22A的俯视图中省略部分构成要素。
如图22所示，晶体管200A包括：配置在衬底(未图示)上的金属氧化物230a；配置在金属氧化物230a上的金属氧化物230b；配置在金属氧化物230b上的相互分离的导电体242a及导电体242b；配置在导电体242a及导电体242b上的在导电体242a与导电体242b之间形成有开口的绝缘体280；配置在开口中的导电体260；配置在金属氧化物230b、导电体242a、导电体242b以及绝缘体280与导电体260之间的绝缘体250；以及配置在金属氧化物230b、导电体242a、导电体242b以及绝缘体280与绝缘体250之间的金属氧化物230c。在此，如图22B和图22C所示，导电体260的顶面优选与绝缘体250、绝缘体254、金属氧化物230c以及绝缘体280的顶面大致一致。以下，金属氧化物230a、金属氧化物230b以及金属氧化物230c有时被总称为氧化物230。此外，导电体242a及导电体242b有时被总称为导电体242。
在图22所示的晶体管200A中，导电体242a及导电体242b的导电体260一侧的侧面具有大致垂直的形状。图22所示的晶体管200A不局限于此，导电体242a及导电体242b的侧面和底面所形成的角度也可以为10°以上且80°以下，优选为30°以上且60°以下。此外，导电体242a和导电体242b的相对的侧面也可以具有多个面。
此外，如图22所示，优选在绝缘体224、金属氧化物230a、金属氧化物230b、导电体242a、导电体242b及金属氧化物230c与绝缘体280之间配置有绝缘体254。在此，如图22B、图22C所示，绝缘体254优选与金属氧化物230c的侧面、导电体242a的顶面及侧面、导电体242b的顶面及侧面、金属氧化物230a的侧面、金属氧化物230b的侧面以及绝缘体224的顶面接触。
注意，在晶体管200A中，在形成沟道的区域(以下也称为沟道形成区域)及其附近层叠有金属氧化物230a、金属氧化物230b及金属氧化物230c的三层，但是本发明不局限于此。例如，可以采用金属氧化物230b与金属氧化物230c的两层结构或者四层以上的叠层结构。此外，在晶体管200A中，导电体260具有两层的叠层结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体260也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。此外，金属氧化物230a、金属氧化物230b以及金属氧化物230c也可以各自具有两层以上的叠层结构。
例如，在金属氧化物230c具有由第一金属氧化物和第一金属氧化物上的第二金属氧化物构成的叠层结构的情况下，第一金属氧化物优选具有与金属氧化物230b同样的组成，第二金属氧化物优选具有与金属氧化物230a同样的组成。
在此，导电体260被用作晶体管的栅电极，导电体242a及导电体242b各被用作源电极或漏电极。如上所述，导电体260以嵌入绝缘体280的开口及被夹在导电体242a与导电体242b之间的区域中的方式形成。在此，导电体260、导电体242a及导电体242b的配置相对于绝缘体280的开口自对准地被选择。也就是说，在晶体管200A中，栅电极可以自对准地配置在源电极与漏电极之间。由此，可以以不设置用于对准的余地的方式形成导电体260，所以可以实现晶体管200A的占有面积的缩小。由此，可以实现半导体装置的高清晰化。此外，可以实现窄边框的半导体装置。
此外，如图22所示，导电体260优选包括配置在绝缘体250的内侧的导电体260a及以嵌入导电体260a的内侧的方式配置的导电体260b。
此外，晶体管200A优选包括配置在衬底(未图示)上的绝缘体214、配置在绝缘体214上的绝缘体216、以嵌入绝缘体216的方式配置的导电体205、配置在绝缘体216及导电体205上的绝缘体222以及配置在绝缘体222上的绝缘体224。优选在绝缘体224上配置有金属氧化物230a。
此外，优选在晶体管200A上配置有被用作层间膜的绝缘体274及绝缘体281。在此，绝缘体274优选与导电体260、绝缘体250、绝缘体254、金属氧化物230c以及绝缘体280的顶面接触。
此外，绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274优选具有抑制氢(例如，氢原子、氢分子等)中的至少一个的扩散的功能。例如，绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274的氢透过性优选低于绝缘体224、绝缘体250以及绝缘体280。此外，绝缘体222及绝缘体254优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等)中的至少一个的扩散的功能。例如，绝缘体222及绝缘体254的氧透过性优选低于绝缘体224、绝缘体250以及绝缘体280。
在此，绝缘体224、氧化物230以及绝缘体250与绝缘体280及绝缘体281由绝缘体254以及绝缘体274相隔。由此，可以抑制包含在绝缘体280及绝缘体281中的氢等杂质及过剩的氧混入绝缘体224、金属氧化物230以及绝缘体250。
此外，优选设置与晶体管200A电连接且被用作插头的导电体240(导电体240a及导电体240b)。此外，还设置与被用作插头的导电体240的侧面接触的绝缘体241(绝缘体241a及绝缘体241b)。也就是说，绝缘体241以与绝缘体254、绝缘体280、绝缘体274以及绝缘体281的开口的内壁接触的方式设置。此外，可以以与绝缘体241的侧面接触的方式设置有导电体240的第一导电体且在其内侧设置有导电体240的第二导电体。在此，导电体240的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度可以大致相同。此外，示出在晶体管200A中，层叠有导电体240的第一导电体及导电体240的第二导电体的结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体240也可以具有单层结构或者三层以上的叠层结构。在结构体具有叠层结构的情况下，有时按形成顺序赋予序数以进行区別。
此外，优选在晶体管200A中将被用作氧化物半导体的金属氧化物(以下也称为氧化物半导体)用于包含沟道形成区域的氧化物230(金属氧化物230a、金属氧化物230b及金属氧化物230c)。例如，作为成为氧化物230的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。
此外，如图22B所示，金属氧化物230b中的不与导电体242重叠的区域的厚度有时比其与导电体242重叠的区域的厚度小。这是因为当形成导电体242a及导电体242b时去除金属氧化物230b的顶面的一部分的缘故。当形成成为导电体242的导电膜时，有时在金属氧化物230b的顶面与该导电膜的界面附近形成低电阻区域。如此，通过去除金属氧化物230b的顶面上的位于导电体242a与导电体242b之间的低电阻区域，可以防止沟道形成在该区域中。
通过本发明的一个方式，可以提供一种包括尺寸小的晶体管并具有高清晰度的半导体装置。此外，可以提供一种包括通态电流(on-state current)大的晶体管并具有高亮度的半导体装置。此外，可以提供一种包括工作速度快的晶体管并具有高工作速度的半导体装置。此外，可以提供一种包括电特性稳定的晶体管并具有高可靠性的半导体装置。此外，可以提供一种包括关态电流小的晶体管并具有低功耗的半导体装置。
说明可以用于本发明的一个方式的半导体装置的晶体管200A的详细结构。
导电体205以包括与氧化物230及导电体260重叠的区域的方式配置。此外，导电体205优选以嵌入绝缘体216中的方式设置。在此，导电体205的顶面的平坦性优选为高。例如，导电体205的顶面的平均表面粗糙度(Ra)为1nm以下，优选为0.5nm以下，更优选为0.3nm以下即可。由此，可以提高形成在导电体205上的绝缘体224的平坦性，并提高金属氧化物230b及金属氧化物230c的结晶性。
在此，导电体260有时被用作第一栅(也称为顶栅极)电极。此外，导电体205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205的电位而不使其与供应到导电体260的电位联动，可以控制晶体管200A的Vth。尤其是，通过对导电体205供应负电位，可以使晶体管200A的Vth大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体205施加负电位时相比，在对导电体205施加负电位的情况下，可以减小对导电体260供应的电位为0V时的漏极电流。
此外，导电体205优选比金属氧化物230中的沟道形成区域大。尤其是，如图22C所示，导电体205优选延伸到与沟道宽度方向上的金属氧化物230交叉的端部的外侧的区域。就是说，优选在金属氧化物230的沟道宽度方向的侧面的外侧，导电体205和导电体260隔着绝缘体重叠。
通过具有上述结构，可以由被用作第一栅电极的导电体260的电场和被用作第二栅电极的导电体205的电场电围绕金属氧化物230的沟道形成区域。
此外，如图22C所示，将导电体205延伸来用作布线。但是，不局限于此，也可以在导电体205下设置被用作布线的导电体。
此外，作为导电体205，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。注意，以单层图示导电体205，但是导电体205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。
此外，也可以在导电体205下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(不容易使上述杂质透过)的导电体。此外，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)的导电体。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。
当在导电体205下使用具有抑制氧的扩散的功能的导电体时，可以抑制使导电体205氧化而导致导电率的下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电体，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。因此，作为导电体205的第一导电体，可以使用上述导电材料的单层或叠层。
绝缘体214优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧进入晶体管200A的阻挡绝缘膜。因此，作为绝缘体214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(不容易使上述杂质透过)的绝缘材料。此外，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)的绝缘材料。
例如，优选的是，作为绝缘体214使用氧化铝或氮化硅等。由此，可以抑制水或氢等杂质从与绝缘体214相比更靠近衬底一侧扩散到晶体管200A一侧。此外，可以抑制包含在绝缘体224等中的氧扩散到与绝缘体214相比更靠近衬底一侧。
此外，被用作层间膜的绝缘体216、绝缘体280及绝缘体281的介电常数优选比绝缘体214低。通过将介电常数低的材料作为层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体216、绝缘体280及绝缘体281，适当地使用氧化硅、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或具有空孔的氧化硅等即可。
绝缘体222及绝缘体224被用作栅极绝缘体。
在此，在与金属氧化物230接触的绝缘体224中，优选通过加热使氧脱离。在本说明书中，有时将通过加热脱离的氧称为过剩氧。例如，作为绝缘体224适当地使用氧化硅或氧氮化硅等，即可。通过以与金属氧化物230接触的方式设置包含氧的绝缘体，可以减少金属氧化物230中的氧空位，从而可以提高晶体管200A的可靠性。
具体而言，作为绝缘体224，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(Thermal Desorption Spectroscopy：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。此外，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，如图22C所示，有时在绝缘体224中不与绝缘体254重叠并不与金属氧化物230b重叠的区域的厚度比其他区域的厚度小。在绝缘体224中，不与绝缘体254重叠并不与金属氧化物230b重叠的区域优选具有足够使上述氧扩散的厚度。
与绝缘体214等同样，绝缘体222优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧混入晶体管200A的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体222的氢透过性优选比绝缘体224低。通过由绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274围绕绝缘体224、金属氧化物230以及绝缘体250等，可以抑制水或氢等杂质从外部进入晶体管200A。
再者，绝缘体222优选具有抑制氧(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)。例如，绝缘体222的氧透过性优选比绝缘体224低。通过使绝缘体222具有抑制氧或杂质的扩散的功能，可以减少金属氧化物230所包含的氧扩散到衬底一侧，所以是优选的。此外，可以抑制导电体205与绝缘体224及金属氧化物230所包含的氧起反应。
绝缘体222优选使用作为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222时，绝缘体222被用作抑制氧从金属氧化物230释放及氢等杂质从晶体管200A的周围部进入金属氧化物230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。还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
此外，作为绝缘体222，例如也可以以单层或叠层使用包含氧化铝、氧化铪、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。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用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。
此外，绝缘体222及绝缘体224也可以具有两层以上的叠层结构。此时，不局限于由相同材料构成的叠层结构，也可以是由不同材料构成的叠层结构。例如，也可以在绝缘体222下设置有与绝缘体224同样的绝缘体。
金属氧化物230包括金属氧化物230a、金属氧化物230a上的金属氧化物230b及金属氧化物230b上的金属氧化物230c。当在金属氧化物230b下设置有金属氧化物230a时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物230a下方的结构物扩散到金属氧化物230b。当在金属氧化物230b上设置有金属氧化物230c时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物230c的上方的结构物扩散到金属氧化物230b。
此外，金属氧化物230优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的多个氧化物层的叠层结构。具体而言，在用于金属氧化物230a的金属氧化物中，构成元素中的元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物230b的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比。此外，在用于金属氧化物230a的金属氧化物中，元素M与In的原子个数比优选大于用于金属氧化物230b的金属氧化物中的元素M与In的原子个数比。此外，在用于金属氧化物230b的金属氧化物中，In与元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物230a的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比。此外，金属氧化物230c可以使用可用于金属氧化物230a或金属氧化物230b的金属氧化物。
金属氧化物230a、金属氧化物230b及金属氧化物230c优选具有结晶性，尤其是，优选使用CAAC-OS。CAAC-OS等的具有结晶性的氧化物具有杂质及缺陷(氧空位等)少的结晶性高且致密的结构。因此，可以抑制源电极或漏电极从金属氧化物230b抽出氧。因此，即使进行加热处理也可以减少氧从金属氧化物230b被抽出，所以晶体管200A对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。
优选的是，使金属氧化物230a及金属氧化物230c的导带底的能量高于金属氧化物230b的导带底的能量。换言之，金属氧化物230a及金属氧化物230c的电子亲和势优选小于金属氧化物230b的电子亲和势。在此情况下，金属氧化物230c优选使用可以用于金属氧化物230a的金属氧化物。具体而言，在用于金属氧化物230c的金属氧化物中，构成元素中的元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物230b的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比。此外，在用于金属氧化物230c的金属氧化物中，元素M与In的原子个数比优选大于用于金属氧化物230b的金属氧化物中的元素M与In的原子个数比。此外，在用于金属氧化物230b的金属氧化物中，In与元素M的原子个数比优选大于用于金属氧化物230c的金属氧化物中的In与元素M的原子个数比。
在此，在金属氧化物230a、金属氧化物230b及金属氧化物230c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金属氧化物230a、金属氧化物230b及金属氧化物230c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，优选降低形成在金属氧化物230a与金属氧化物230b的界面以及金属氧化物230b与金属氧化物230c的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使金属氧化物230a与金属氧化物230b以及金属氧化物230b与金属氧化物230c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，在金属氧化物230b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为金属氧化物230a及金属氧化物230c可以使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化镓等。此外，金属氧化物230c可以具有叠层结构。例如，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的Ga-Zn氧化物的叠层结构，或者，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的氧化镓的叠层结构。换言之，作为金属氧化物230c，也可以使用In-Ga-Zn氧化物和不包含In的氧化物的叠层结构。
具体而言，作为金属氧化物230a使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]或1：1：0.5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物230b使用In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或3：1：2[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物230c使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]、Ga：Zn＝2：1[原子个数比]或Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物230c具有叠层结构的情况下的具体例子，可以举出In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：1[原子个数比]的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和Ga：Zn＝2：5[原子个数比]的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]和氧化镓的叠层结构等。
此时，载流子的主要路径为金属氧化物230b。通过使金属氧化物230a及金属氧化物230c具有上述结构，可以降低金属氧化物230a与金属氧化物230b的界面及金属氧化物230b与金属氧化物230c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，从而晶体管200A可以得到高通态电流及高频率特性。此外，在金属氧化物230c具有叠层结构时，被期待降低上述金属氧化物230b和金属氧化物230c的界面的缺陷态密度的效果及抑制金属氧化物230c所包含的构成元素扩散到绝缘体250一侧的效果。更具体而言，因为使金属氧化物230c具有叠层结构而使不包含In的氧化物位于叠层结构的上方，所以可以抑制会扩散到绝缘体250一侧的In。由于绝缘体250被用作栅极绝缘体，因此在In扩散在其中的情况下导致晶体管的特性不良。由此，通过使金属氧化物230c具有叠层结构，可以提供可靠性高的半导体装置。
作为金属氧化物230优选使用被用作氧化物半导体的金属氧化物。例如，作为成为金属氧化物230的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。通过采用这种晶体管，可以提供低功耗的半导体装置。
在金属氧化物230b上设置被用作源电极及漏电极的导电体242(导电体242a及导电体242b)。作为导电体242，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。此外，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。
通过以与金属氧化物230接触的方式形成上述导电体242，金属氧化物230中的导电体242附近的氧浓度有时降低。此外，在金属氧化物230中的导电体242附近有时形成包括包含在导电体242中的金属及金属氧化物230的成分的金属化合物层。在此情况下，金属氧化物230的导电体242附近的区域中的载流子密度增加，该区域成为低电阻区域。
在此，导电体242a与导电体242b之间的区域以与绝缘体280的开口重叠的方式形成。因此，可以在导电体242a与导电体242b之间自对准地配置导电体260。
绝缘体250被用作栅极绝缘体。绝缘体250优选与金属氧化物230c的顶面接触地配置。绝缘体250可以使用氧化硅、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。
与绝缘体224同样，优选降低绝缘体250中的水或氢等杂质的浓度。绝缘体250的厚度优选为1nm以上且20nm以下。
此外，也可以在绝缘体250与导电体260之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制氧从绝缘体250扩散到导电体260。由此，可以抑制因绝缘体250中的氧所导致的导电体260的氧化。
此外，该金属氧化物有时被用作栅极绝缘体的一部分。因此，在将氧化硅或氧氮化硅等用于绝缘体250的情况下，作为该金属氧化物优选使用作为相对介电常数高的high-k材料的金属氧化物。通过使栅极绝缘体具有绝缘体250与该金属氧化物的叠层结构，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构。因此，可以在保持栅极绝缘体的物理厚度的同时降低在晶体管工作时施加的栅极电位。此外，可以减少被用作栅极绝缘体的绝缘体的等效氧化物厚度(EOT：Equivalent Oxide Thickness)。
具体而言，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。特别是，优选使用作为包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪或者包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。
虽然在图22中，导电体260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260a优选使用上述具有抑制氢原子、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体。此外，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。
此外，当导电体260a具有抑制氧的扩散的功能时，可以抑制绝缘体250所包含的氧使导电体260b氧化而导致导电率下降。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260b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，由于导电体260还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，可以使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体260b可以具有叠层结构，例如可以具有钛或氮化钛与上述导电材料的叠层结构。
此外，如图22A和图22C所示，在金属氧化物230b的不与导电体242重叠的区域，即金属氧化物230的沟道形成区域中，金属氧化物230的侧面被导电体260覆盖。由此，可以容易将被用作第一栅电极的导电体260的电场影响到金属氧化物230的侧面。由此，可以提高晶体管200A的通态电流及频率特性。
绝缘体254与绝缘体214等同样地优选被用作抑制水或氢等杂质从绝缘体280一侧混入晶体管200A的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体254的氢透过性优选比绝缘体224低。再者，如图22B、图22C所示，绝缘体254优选与金属氧化物230c的侧面、导电体242a的顶面及侧面、导电体242b的顶面及侧面、金属氧化物230a的侧面、金属氧化物230b的侧面以及绝缘体224的顶面接触。通过采用这种结构，可以抑制绝缘体280所包含的氢从导电体242a、导电体242b、金属氧化物230a、金属氧化物230b及绝缘体224的顶面或侧面进入金属氧化物230。
再者，绝缘体254还具有抑制氧(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)。例如，绝缘体254的氧透过性优选比绝缘体280或绝缘体224低。
绝缘体254优选通过溅射法形成。通过在包含氧的气氛下使用溅射法形成绝缘体254，可以对绝缘体224与绝缘体254接触的区域附近添加氧。由此，可以将氧从该区域通过绝缘体224供应到金属氧化物230中。在此，通过使绝缘体254具有抑制氧扩散到上方的功能，可以防止氧从金属氧化物230扩散到绝缘体280。此外，通过使绝缘体222具有抑制氧扩散到下方的功能，可以防止氧从金属氧化物230扩散到衬底一侧。如此，对金属氧化物230中的沟道形成区域供应氧。由此，可以减少金属氧化物230的氧空位并抑制晶体管的常开启化。
作为绝缘体254，例如可以形成包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。注意，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。
通过由对氢具有阻挡性的绝缘体254覆盖绝缘体224、绝缘体250以及金属氧化物230，绝缘体280由绝缘体254与绝缘体224、金属氧化物230以及绝缘体250分开。由此，可以抑制氢等杂质从晶体管200A的外部进入，从而可以对晶体管200A赋予良好的电特性及可靠性。
绝缘体280优选隔着绝缘体254设置在绝缘体224、金属氧化物230及导电体242上。例如，作为绝缘体280，优选具有氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、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或具有空孔的氧化硅等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。特别是，因为氧化硅、氧氮化硅、具有空孔的氧化硅等的材料容易形成包含通过加热脱离的氧的区域，所以是优选的。
优选绝缘体280中的水或氢等杂质的浓度得到降低。此外，绝缘体280的顶面也可以被平坦化。
绝缘体274优选与绝缘体214等同样地被用作抑制水或氢等杂质从上方混入到绝缘体280的阻挡绝缘膜。作为绝缘体274，例如可以使用能够用于绝缘体214、绝缘体254等的绝缘体。
此外，优选在绝缘体274上设置被用作层间膜的绝缘体281。与绝缘体224等同样，优选绝缘体281中的水或氢等杂质的浓度得到降低。
此外，在形成于绝缘体281、绝缘体274、绝缘体280及绝缘体254中的开口中配置导电体240a及导电体240b。导电体240a及导电体240b以中间夹着导电体260的方式设置。此外，导电体240a及导电体240b的顶面的高度与绝缘体281的顶面可以位于同一平面上。
此外，以与绝缘体281、绝缘体274、绝缘体280以及绝缘体254的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体241a，以与其侧面接触的方式形成有导电体240a的第一导电体。导电体242a位于该开口的底部的至少一部分，导电体240a与导电体242a接触。同样，以与绝缘体281、绝缘体274、绝缘体280以及绝缘体254的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体241b，以与其侧面接触的方式形成有导电体240b的第一导电体。导电体242b位于该开口的底部的至少一部分，导电体240b与导电体242b接触。
导电体240a及导电体240b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体240a及导电体240b也可以具有叠层结构。
当作为导电体240采用叠层结构时，作为与金属氧化物230a、金属氧化物230b、导电体242、绝缘体254、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281接触的导电体优选使用上述具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电体。例如，优选使用钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌或氧化钌等。可以以单层或叠层使用具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电材料。通过使用该导电材料，可以防止添加到绝缘体280的氧被导电体240a及导电体240b吸收。此外，可以防止水或氢等杂质从绝缘体281的上方的层通过导电体240a及导电体240b混入金属氧化物230。
作为绝缘体241a及绝缘体241b，例如使用能够用于绝缘体254等的绝缘体，即可。因为绝缘体241a及绝缘体241b与绝缘体254接触地设置，所以可以抑制从绝缘体280等水或氢等杂质经过导电体240a及导电体240b混入金属氧化物230。此外，可以防止绝缘体280所包含的氧被导电体240a及导电体240b吸收。
虽然未图示，但是可以以与导电体240a的顶面及导电体240b的顶面接触的方式配置被用作布线的导电体。被用作布线的导电体优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，该导电体可以具有叠层结构，例如，可以具有钛、氮化钛与上述导电材料的叠层结构。此外，该导电体也可以以嵌入绝缘体的开口中的方式形成。
<晶体管的结构实例2>
图23A、图23B及图23C是可以用于本发明的一个方式的半导体装置的晶体管200B及晶体管200B周边的俯视图及截面图。晶体管200B是晶体管200A的变形例子。
图23A是晶体管200B的俯视图。此外，图23B及图23C是晶体管200B的截面图。在此，图23B是沿着图23A中的点划线B1-B2的截面图，该截面图相当于晶体管200B的沟道长度方向上的截面图。图23C是沿着图23A中的点划线B3-B4的截面图，该截面图相当于晶体管200B的沟道宽度方向上的截面图。注意，为了容易理解，在图23A的俯视图中省略部分构成要素。
在晶体管200B中，导电体242a及导电体242b具有与金属氧化物230c、绝缘体250及导电体260重叠的区域。由此，晶体管200B可以为通态电流大的晶体管。此外，晶体管200B可以为易于被控制的晶体管。
用作栅电极的导电体260包括导电体260a及导电体260a上的导电体260b。导电体260a优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、铜原子等杂质扩散的功能的导电材料。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)扩散的功能的导电材料。
通过使导电体260a具有抑制氧扩散的功能，可以提高导电体260b的材料选择性。也就是说，通过包括导电体260a，可以抑制导电体260b的氧化，由此可以防止导电率下降。
此外，优选以覆盖导电体260的顶面及侧面、绝缘体250的侧面及金属氧化物230c的侧面的方式设置绝缘体254。作为绝缘体254优选使用具有抑制水或氢等杂质及氧的扩散的功能的绝缘材料。
通过设置绝缘体254，可以抑制导电体260的氧化。此外，通过包括绝缘体254，可以抑制绝缘体280所包含的水、氢等杂质扩散到晶体管200B。
<晶体管的结构实例3>
图24A、图24B及图24C是可以用于本发明的一个方式的半导体装置的晶体管200C及晶体管200C周边的俯视图及截面图。晶体管200C是晶体管200A的变形例子。
图24A是晶体管200C的俯视图。此外，图24B及图24C是晶体管200C的截面图。在此，图24B是沿着图24A中的点划线C1-C2的截面图，该截面图相当于晶体管200C的沟道长度方向上的截面图。图24C是沿着图24A中的点划线C3-C4的截面图，该截面图相当于晶体管200C的沟道宽度方向上的截面图。注意，为了容易理解，在图24A的俯视图中省略部分构成要素。
在晶体管200C中，在金属氧化物230c上包括绝缘体250，在绝缘体250上包括金属氧化物252。此外，在金属氧化物252上包括导电体260，在导电体260上包括绝缘体270。此外，在绝缘体270上包括绝缘体271。
金属氧化物252优选具有抑制氧扩散的功能。通过在绝缘体250与导电体260之间设置抑制氧扩散的金属氧化物252，向导电体260的氧扩散得到抑制。换言之，可以抑制供应到金属氧化物230的氧量的减少。此外，可以抑制氧所导致的导电体260的氧化。
此外，金属氧化物252可以被用作栅电极的一部分。例如，可以将可用作金属氧化物230的氧化物半导体用作金属氧化物252。在此情况下，通过利用溅射法形成导电体260，可以降低金属氧化物252的电阻值使其变为导电体。可以将其称为OC(Oxide Conductor)电极。
此外，金属氧化物252有时被用作栅极绝缘体的一部分。因此，在将氧化硅或氧氮化硅等用于绝缘体250的情况下，金属氧化物252优选使用作为相对介电常数高的high-k材料的金属氧化物。通过采用该叠层结构，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构。因此，可以在保持物理厚度的同时降低在晶体管工作时施加的栅极电位。此外，可以减少被用作栅极绝缘体的绝缘层的等效氧化物厚度(EOT)。
虽然示出晶体管200C中的金属氧化物252是单层的结构，但是也可以采用两层以上的叠层结构。例如，可以将被用作栅电极的一部分的金属氧化物与被用作栅极绝缘体的一部分的金属氧化物层叠。
当晶体管200C具有金属氧化物252，并将金属氧化物252用作栅电极时，可以在不减弱来自导电体260的电场的影响的情况下提高晶体管200C的通态电流。此外，当将金属氧化物252用作栅极绝缘体时，通过利用绝缘体250及金属氧化物252的物理厚度保持导电体260与金属氧化物230之间的距离，可以抑制导电体260与金属氧化物230之间的泄漏电流。由此，通过设置绝缘体250及金属氧化物252的叠层结构，可以容易调节导电体260与金属氧化物230之间的物理距离及从导电体260施加到金属氧化物230的电场强度。
具体而言，可以通过使可用于金属氧化物230的氧化物半导体低电阻化来将其用作金属氧化物252。或者，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，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层的氧化铝、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。注意，金属氧化物252不是必需的构成要素，可以根据所需的晶体管特性适当地设计。
作为绝缘体270优选使用具有抑制水或氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘材料。例如优选使用氧化铝或氧化铪等。由此，可以防止导电体260因来自绝缘体270的上方的氧而氧化。此外，可以抑制来自绝缘体270的上方的水或氢等杂质通过导电体260及绝缘体250进入金属氧化物230中。
绝缘体271被用作硬掩模。通过设置绝缘体271，在加工导电体260时，可以使导电体260的侧面大致垂直，具体而言，可以使导电体260的侧面与衬底表面所形成的角度为75度以上且100度以下，优选为80度以上且95度以下。
此外，也可以通过作为绝缘体271使用抑制水或氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘材料，来将绝缘体271兼用作阻挡层。在此情况下，也可以不设置绝缘体270。
通过将绝缘体271用作硬掩模，选择性地去除绝缘体270、导电体260、金属氧化物252、绝缘体250及金属氧化物230c的一部分，可以使它们的侧面大致对齐，且使金属氧化物230b的表面的一部分露出。
此外，晶体管200C在露出的金属氧化物230b的表面的一部分具有区域243a及区域243b。区域243a和区域243b中的一个被用作源区域，另一个被用作漏区域。
例如通过利用离子注入法、离子掺杂法、等离子体浸没离子注入法或等离子体处理等，对露出的金属氧化物230b的表面引入磷或硼等杂质元素，可以形成区域243a及区域243b。注意，在本实施方式等中，“杂质元素”是指主要成分元素之外的元素。
此外，也可以在使金属氧化物230b的表面的一部分露出之后形成金属膜，然后进行加热处理，来将包含在该金属膜中的元素扩散到金属氧化物230b中，由此形成区域243a及区域243b。
金属氧化物230b中的被引入杂质元素的区域的电阻率下降。由此，有时将区域243a及区域243b称为“杂质区域”或“低电阻区域”。
通过将绝缘体271和/或导电体260用作掩模，可以自对准地形成区域243a及区域243b。因此，区域243a和/或区域243b不与导电体260重叠，可以减小寄生电容。此外，偏置区域不形成在沟道形成区域与源漏区域(区域243a或区域243b)之间。通过自对准地形成区域243a及区域243b，可以实现通态电流的增加、阈值电压的降低、工作频率的提高等。
晶体管200C在绝缘体271、绝缘体270、导电体260、金属氧化物252、绝缘体250及金属氧化物230c的侧面包括绝缘体272。绝缘体272优选为相对介电常数低的绝缘体。例如，优选使用氧化硅、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，当将氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅或具有空孔的氧化硅用于绝缘体272时，在后面的工序中可在绝缘体272中容易形成过剩氧区域，所以是优选的。此外，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。此外，绝缘体272优选具有扩散氧的功能。
此外，为了进一步降低关态电流，也可以在沟道形成区域与源漏区域之间设置偏置区域。偏置区域是电阻率高的区域，且是不被进行上述杂质元素的引入的区域。通过在形成绝缘体272后进行上述杂质元素的引入，可以形成偏置区域。在此情况下，与绝缘体271等同样，绝缘体272也被用作掩模。因此，金属氧化物230b的与绝缘体272重叠的区域不被引入杂质元素，由此可以将该区域的电阻率保持为高。
此外，晶体管200C在绝缘体272、金属氧化物230上包括绝缘体254。绝缘体254优选利用溅射法形成。通过利用溅射法，可以形成水或氢等杂质少的绝缘体。
有时利用溅射法的氧化膜从被形成的结构体抽出氢。因此，绝缘体254从金属氧化物230及绝缘体272吸收氢及水，由此可以降低金属氧化物230及绝缘体272的氢浓度。
<晶体管的构成材料>
说明可用于晶体管的构成材料。
<<衬底>>
作为形成晶体管200A、晶体管200B、晶体管200C等的衬底例如可以使用绝缘体衬底、半导体衬底或导电体衬底。作为绝缘体衬底，例如可以举出玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、稳定氧化锆衬底(氧化钇稳定氧化锆衬底等)、树脂衬底等。另外，作为半导体衬底，例如可以举出由硅或锗等构成的半导体衬底、或者由碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化铟、氧化锌或氧化镓构成的化合物半导体衬底等。再者，还可以举出在上述半导体衬底内部具有绝缘体区域的半导体衬底，例如有SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)衬底等。作为导电体衬底，可以举出石墨衬底、金属衬底、合金衬底、导电树脂衬底等。或者，可以举出包含金属氮化物的衬底、包含金属氧化物的衬底等。再者，还可以举出设置有导电体或半导体的绝缘体衬底、设置有导电体或绝缘体的半导体衬底、设置有半导体或绝缘体的导电体衬底等。或者，也可以使用在这些衬底上设置有元件的衬底。作为设置在衬底上的元件，可以举出电容器、电阻器、开关元件、发光元件、存储元件等。
<<绝缘体>>
作为绝缘体，有具有绝缘性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金属氧化物、金属氧氮化物以及金属氮氧化物等。
例如，当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等的问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时实现晶体管工作时的低电压化。另一方面，通过将相对介电常数较低的材料用于被用作层间膜的绝缘体，可以减少产生在布线之间的寄生电容。因此，优选根据绝缘体的功能选择材料。
此外，作为相对介电常数较高的绝缘体，可以举出氧化镓、氧化铪、氧化锆、含有铝及铪的氧化物、含有铝及铪的氧氮化物、含有硅及铪的氧化物、含有硅及铪的氧氮化物或者含有硅及铪的氮化物等。
此外，作为相对介电常数较低的绝缘体，可以举出氧化硅、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。
此外，通过由具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体(绝缘体214、绝缘体222、绝缘体254及绝缘体274等)围绕使用氧化物半导体的晶体管，可以使晶体管的电特性稳定。作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，例如可以以单层或叠层使用包含硼、碳、氮、氧、氟、镁、铝、硅、磷、氯、氩、镓、锗、钇、锆、镧、钕、铪或钽的绝缘体。具体而言，作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，可以使用氧化铝、氧化镁、氧化镓、氧化锗、氧化钇、氧化锆、氧化镧、氧化钕、氧化铪或氧化钽等金属氧化物、氮化铝、氮化铝钛、氮化钛、氮氧化硅或氮化硅等金属氮化物。
此外，被用作栅极绝缘体的绝缘体优选为具有包含通过加热脱离的氧的区域的绝缘体。例如，通过采用具有包含通过加热脱离的氧的区域的氧化硅或者氧氮化硅接触于金属氧化物230的结构，可以填补金属氧化物230所包含的氧空位。
<<导电体>>
作为导电体，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、锶和镧等中的金属元素、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。此外，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。此外，也可以使用以包含磷等杂质元素的多晶硅为代表的导电率高的半导体以及镍硅化物等硅化物。
此外，也可以层叠多个由上述材料形成的导电体。例如，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氮的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料、包含氧的导电材料和包含氮的导电材料的叠层结构。
此外，在将金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域的情况下，作为被用作栅电极的导电体优选采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。在此情况下，优选将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧。通过将包含氧的导电材料设置在沟道形成区域一侧，从该导电材料脱离的氧容易被供应到沟道形成区域。
尤其是，作为被用作栅电极的导电体，优选使用含有包含在形成沟道的金属氧化物中的金属元素及氧的导电材料。此外，也可以使用含有上述金属元素及氮的导电材料。例如，也可以使用氮化钛、氮化钽等包含氮的导电材料。此外，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、添加有硅的铟锡氧化物。此外，也可以使用包含氮的铟镓锌氧化物。通过使用上述材料，有时可以俘获形成沟道的金属氧化物所包含的氢。或者，有时可以俘获从外方的绝缘体等进入的氢。
<<金属氧化物>>
金属氧化物优选至少包含铟或锌。尤其优选包含铟及锌。此外，除此之外，优选还包含铝、镓、钇或锡等。或者，也可以包含硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种。
在此，考虑金属氧化物是包含铟、元素M及锌的In-M-Zn氧化物的情况。注意，元素M为铝、镓、钇或锡等。作为可用作元素M的其他元素，有硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨、镁等。注意，作为元素M有时也可以组合多个上述元素。
注意，在本说明书等中，有时将包含氮的金属氧化物也称为金属氧化物(metaloxide)。此外，也可以将包含氮的金属氧化物称为金属氧氮化物(metal oxynitride)。
[金属氧化物的结构]
氧化物半导体(金属氧化物)被分为单晶氧化物半导体和非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体例如有CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxidesemiconductor)、多晶氧化物半导体、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。
[杂质]
在此，说明金属氧化物中的各杂质的影响。
当金属氧化物包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷态而形成载流子。因此，作为沟道形成区域使用包含碱金属或碱土金属的金属氧化物的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选降低金属氧化物中的碱金属或碱土金属的浓度。具体而言，利用SIMS测得的金属氧化物中的碱金属或碱土金属的浓度(通过二次离子质谱分析(SIMS：Secondary Ion MassSpectrometry)测得的浓度)为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
包含在金属氧化物中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时形成氧空位。当氢进入该氧空位时，有时会生成作为载流子的电子。此外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含氢的金属氧化物的晶体管容易具有常开启特性。
由此，优选尽可能减少金属氧化物中的氢。具体而言，将利用SIMS测得的金属氧化物中的氢浓度设定为低于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。
作为用于晶体管的半导体的金属氧化物，优选使用结晶性高的薄膜。通过使用该薄膜可以提高晶体管的稳定性或可靠性。作为该薄膜，例如，可以举出单晶金属氧化物薄膜或多晶金属氧化物薄膜。但是，为了在衬底上形成单晶金属氧化物薄膜或多晶金属氧化物薄膜，需要进行高温或激光加热的工序。因此，制造工序的成本变高且处理量下降。
本实施方式所示的结构实例及对应于这些例子的附图等的至少一部分可以与其他结构实例或附图等适当地组合而实施。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
(实施方式3)
在本实施方式中，对具备本发明的一个方式的半导体装置的电子设备进行说明。
图25A是安装有取景器8100的相机8000的外观图。在相机8000中设置有摄像装置。相机8000例如可以为数码相机。此外，在图25A中，相机8000与取景器8100是分开且可拆卸的电子设备，但是也可以在相机8000的外壳8001中内置有具备半导体装置的取景器。
相机8000包括外壳8001、显示部8002、操作按钮8003、快门按钮8004等。另外，相机8000安装有可装卸的镜头8006。
在此，相机8000具有能够从外壳8001拆卸下镜头8006而交换的结构，但镜头8006和外壳8001也可以被形成为一体。
通过按下快门按钮8004，相机8000可以进行成像。另外，显示部8002被用作触摸面板，也可以通过触摸显示部8002进行成像。
相机8000的外壳8001包括具有电极的嵌入器，除了取景器8100以外，还可以将闪光灯装置等连接到外壳。
取景器8100包括外壳8101、显示部8102以及按钮8103等。取景器8100可以为电子取景器。
外壳8101包括嵌合到相机8000的嵌入器的嵌入器，可以将取景器8100安装到相机8000。另外，该嵌入器包括电极，可以将从相机8000利用该电极接收的图像等显示到显示部8102上。
按钮8103被用作电源按钮。通过利用按钮8103，可以切换显示部8102的显示或非显示。
本发明的一个方式的半导体装置可以用于相机8000的显示部8002及取景器8100的显示部8102。本发明的一个方式的半导体装置的清晰度极高，由此，即使显示部8002或显示部8102与使用者的距离较近，也可以在不被使用者确认像素的情况下在显示部8002或显示部8102上显示更有临场感的图像。尤其是，因为使用者眼睛接近取景器8100的目镜部来确认到显示在取景器8100的显示部8102上的图像，所以使用者与显示部8102之间的距离非常近。由此，显示部8102特别优选使用本发明的一个方式的半导体装置。此外，在显示部8102使用本发明的一个方式的半导体装置的情况下，能够显示在显示部8102上的图像的分辨率可以为4K、5K或更高。
此外，能够由设置在相机8000上的摄像装置拍摄的图像的分辨率优选等于或高于能够由显示部8002或显示部8102显示的图像的分辨率。例如，在显示部8102能够显示分辨率为4K的图像的情况下，优选将能够拍摄4K以上的图像的摄像装置设置在相机8000上。此外，例如，在显示部8102能够显示分辨率为5K的图像的情况下，优选将能够拍摄5K以上的图像的摄像装置设置在相机8000上。
图25B是头戴显示器8200的外观图。
头戴显示器8200包括安装部8201、透镜8202、主体8203、显示部8204以及电缆8205等。另外，在安装部8201中内置有电池8206。
通过电缆8205，将电力从电池8206供应到主体8203。主体8203具备无线接收器等，能够将对应于所接收的图像数据等的图像显示到显示部8204上。另外，通过利用设置在主体8203中的相机捕捉使用者的眼球及眼睑的动作，并根据该数据算出使用者的视线的坐标，可以利用使用者的视线作为输入方法。
另外，也可以对安装部8201的被使用者接触的位置设置多个电极。主体8203也可以具有通过检测出根据使用者的眼球的动作而流过电极的电流，识别使用者的视线的功能。此外，主体8203可以具有通过检测出流过该电极的电流来监测使用者的脉搏的功能。安装部8201可以具有温度传感器、压力传感器、加速度传感器等各种传感器，也可以具有将使用者的生物数据显示在显示部8204上的功能。另外，主体8203也可以检测出使用者的头部的动作等，并与使用者的头部的动作等同步地使显示在显示部8204上的图像变化。
可以将本发明的一个方式的半导体装置用于显示部8204。由此，可以实现头戴显示器8200的窄边框化，显示部8204能够显示高质量图像，并能够显示富有临场感的图像。
图25C、图25D及图25E是头戴显示器8300的外观图。头戴显示器8300包括外壳8301、显示部8302、带状固定件8304以及一对透镜8305。
使用者可以通过透镜8305看到显示部8302上的显示。优选的是，弯曲配置显示部8302。通过弯曲配置显示部8302，使用者可以感受高临场感。注意，在本实施方式中，例示出设置一个显示部8302的结构，但是不局限于此，例如也可以采用设置两个显示部8302的结构。此时，在将每个显示部配置在使用者的每个眼睛一侧时，可以进行利用视差的三维显示等。
可以将本发明的一个方式的半导体装置用于显示部8302。因为本发明的一个方式的半导体装置具有极高的清晰度，所以即使如图25E那样地使用透镜8305放大，也可以不使使用者看到像素而可以显示临场感更高的影像。
接着，图26A至图26G示出与图25A至图25E所示的电子设备不同的电子设备的例子。
图26A至图26G所示的电子设备包括外壳9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006、传感器9007(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线)、麦克风9008等。
图26A至图26G所示的电子设备具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上的功能；触控面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；通过利用各种软件(程序)控制处理的功能；进行无线通信的功能；通过利用无线通信功能来连接到各种计算机网络的功能；通过利用无线通信功能，进行各种数据的发送或接收的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据来将其显示在显示部上的功能；等。注意，图26A至图26G所示的电子设备可具有的功能不局限于上述功能，而可以具有各种功能。另外，虽然在图26A至图26G中未图示，但是电子设备可以包括多个显示部。此外，也可以在该电子设备中设置相机等而使其具有如下功能：拍摄静态图像的功能；拍摄动态图像的功能；将所拍摄的图像储存在存储介质(外部存储介质或内置于相机的存储介质)中的功能；将所拍摄的图像显示在显示部上的功能；等。
下面，详细地说明图26A至图26G所示的电子设备。
图26A是示出电视装置9100的立体图。可以将例如是50英寸以上或100英寸以上的大型显示部9001组装到电视装置9100。
可以将本发明的一个方式的半导体装置用于电视装置9100具有的显示部9001。由此，可以实现电视装置9100的窄边框化，显示部9001能够显示高质量图像，并能够显示富有临场感的图像。
图26B是示出便携式信息终端9101的立体图。便携式信息终端9101例如具有选自电话机、电子笔记本和信息阅读装置等中的一个或多个功能。具体而言，可以将其用作智能手机。便携式信息终端9101也可以设置有扬声器9003、连接端子9006、传感器9007等。另外，便携式信息终端9101可以将文字或图像信息显示在其多个面上。例如，可以将三个操作按钮9050(还称为操作图标或简称为图标)显示在显示部9001的一个面上。另外，可以将由虚线矩形表示的信息9051显示在显示部9001的另一个面上。此外，作为信息9051的一个例子，可以举出提示收到来自电子邮件、SNS(Social Networking Services：社交网络服务)或电话等的信息的显示；电子邮件或SNS等的标题；电子邮件或SNS等的发送者姓名；日期；时间；电池余量；以及天线接收强度的显示等。或者，可以在显示有信息9051的位置上显示操作按钮9050等代替信息9051。
可以将本发明的一个方式的半导体装置用于便携式信息终端9101具有的显示部9001。由此，可以实现便携式信息终端9101的窄边框化，显示部9001能够显示高质量图像，并能够显示富有临场感的图像。
图26C是示出便携式信息终端9102的立体图。便携式信息终端9102具有将信息显示在显示部9001的三个以上的面上的功能。在此，示出信息9052、信息9053、信息9054分别显示于不同的面上的例子。例如，便携式信息终端9102的使用者能够在将便携式信息终端9102放在上衣口袋里的状态下确认其显示(这里是信息9053)。具体而言，将打来电话的人的电话号码或姓名等显示在能够从便携式信息终端9102的上方观看这些信息的位置。使用者可以确认到该显示而无需从口袋里拿出便携式信息终端9102，由此能够判断是否接电话。
可以将本发明的一个方式的半导体装置用于便携式信息终端9102具有的显示部9001。由此，可以实现便携式信息终端9102的小型化，显示部9001能够显示高质量图像，并能够显示富有临场感的图像。
图26D是示出手表型便携式信息终端9200的立体图。便携式信息终端9200可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编辑、音乐播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。此外，显示部9001的显示面被弯曲，能够在所弯曲的显示面上进行显示。另外，便携式信息终端9200可以进行被通信标准化的近距离无线通信。例如，通过与可进行无线通信的耳麦相互通信，可以进行免提通话。此外，便携式信息终端9200包括连接端子9006，可以通过连接器直接与其他信息终端进行数据的交换。另外，也可以通过连接端子9006进行充电。此外，充电工作也可以利用无线供电进行，而不通过连接端子9006。
可以将本发明的一个方式的半导体装置用于便携式信息终端9200具有的显示部9001。由此，可以实现便携式信息终端9200的窄边框化，显示部9001能够显示高质量图像，并能够显示富有临场感的图像。
图26E、图26F及图26G是示出能够折叠的便携式信息终端9201的立体图。另外，图26E是展开状态的便携式信息终端9201的立体图，图26F是从展开状态和折叠状态中的一个状态变为另一个状态的中途的状态的便携式信息终端9201的立体图，图26G是折叠状态的便携式信息终端9201的立体图。便携式信息终端9201在折叠状态下可携带性好，在展开状态下因为具有无缝拼接的较大的显示区域而其显示的一览性优异。便携式信息终端9201所包括的显示部9001由铰链9055所连接的三个外壳9000来支撑。通过铰链9055使两个外壳9000之间弯折，可以从便携式信息终端9201的展开状态可逆性地变为折叠状态。例如，可以以1mm以上且150mm以下的曲率半径使便携式信息终端9201弯曲。
可以将本发明的一个方式的半导体装置用于便携式信息终端9201具有的显示部9001。由此，可以实现便携式信息终端9201的窄边框化，显示部9001能够显示高质量图像，并能够显示富有临场感的图像。
本实施方式所示的结构实例及对应于这些实例的附图等的至少一部分可以与其他结构实例或附图等适当地组合而实施。
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[符号说明]
AD1：模拟数字转换电路、AM1：放大电路、b11：数据、b12：数据、b21：数据、b22：数据、C1：电容、CLK：信号、CP1：比较器、CU1：电流生成电路、D：图像数据、DA1：数字模拟转换电路、DA2：数字模拟转换电路、Dat1：信号、DO1：信号、DR1：寄存器、FO：信号、GL_0：信号、GL_1：信号、GO1：信号、IN1：端子、IS：图像信号、LB1：电路、LC1：逻辑电路、LIN：信号、MU1：复用器、MU2：解复用器、Mux1：信号、ND1：节点、ND2：节点、PWC：信号、R1：电阻、RES：信号、SE1：检测电路、SP：信号、SR：移位寄存电路、SROUT：信号、Sw1：信号、SWC1：开关、UB1：电路、x1：距离、10：半导体装置、12：块、12_y：块、12_1：块、12_2：块、12_3：块、12_4：块、12_5：块、12_6：块、14：电流调节部、16：电路、18：NAND电路、20：层、21：栅极驱动电路、22：源极驱动电路、22_x：源极驱动电路、22_1：源极驱动电路、22_2：源极驱动电路、22_3：源极驱动电路、22_4：源极驱动电路、22_5：源极驱动电路、30：层、31：布线、32：布线、33：像素阵列、34：像素、35：布线、35a：布线、35b：布线、37：区域、38：区域、40：电路、41：接收电路、42：串并行转换电路、43：缓冲电路、44：移位寄存电路、45：锁存电路、46：数字模拟转换电路、46a：电位生成电路、46b：逻辑电路、48：电阻器、49：传输晶体管、51：晶体管、52：晶体管、53：晶体管、54：晶体管、55：晶体管、56：晶体管、57：晶体管、58：晶体管、59：晶体管、60：晶体管、61：晶体管、62：晶体管、63：晶体管、64：电容器、65：电容器、66：电容器、67：源极跟随电路、200A：晶体管、200B：晶体管、200C：晶体管、205：导电体、214：绝缘体、216：绝缘体、222：绝缘体、224：绝缘体、230：金属氧化物、230a：金属氧化物、230b：金属氧化物、230c：金属氧化物、240：导电体、240a：导电体、240b：导电体、241：绝缘体、241a：绝缘体、241b：绝缘体、242：导电体、242a：导电体、242b：导电体、243a：区域、243b：区域、244：绝缘体、250：绝缘体、252：金属氧化物、254：绝缘体、260：导电体、260a：导电体、260b：导电体、270：绝缘体、271：绝缘体、272：绝缘体、274：绝缘体、280：绝缘体、281：绝缘体、301a：导电体、301b：导电体、305：导电体、311：导电体、313：导电体、317：导电体、321：下部电极、323：绝缘体、325：上部电极、331：导电体、333：导电体、335：导电体、337：导电体、341：导电体、343：导电体、347：导电体、351：导电体、353：导电体、355：导电体、357：导电体、361：绝缘体、363：绝缘体、403：元件分离层、405：绝缘体、407：绝缘体、409：绝缘体、411：绝缘体、413：绝缘体、415：绝缘体、417：绝缘体、419：绝缘体、421：绝缘体、441：晶体管、443：导电体、445：绝缘体、447：半导体区域、449a：低电阻区域、449b：低电阻区域、451：导电体、453：导电体、455：导电体、457：导电体、459：导电体、461：导电体、463：导电体、465：导电体、467：导电体、469：导电体、471：导电体、501：绝缘体、503：绝缘体、505：绝缘体、507：绝缘体、509：绝缘体、550：晶体管、552：晶体管、554：晶体管、560：电容器、562：电容器、570：液晶元件、572：发光元件、601：晶体管、602：晶体管、603：晶体管、613：绝缘体、614：绝缘体、616：绝缘体、622：绝缘体、624：绝缘体、644：绝缘体、654：绝缘体、674：绝缘体、680：绝缘体、681：绝缘体、701：衬底、705：衬底、712：密封剂、716：FPC、721：空穴注入层、722：空穴传输层、723：发光层、724：电子传输层、725：电子注入层、730：绝缘体、732：密封层、734：绝缘体、736：着色层、738：遮光层、750：晶体管、760：连接电极、772：导电体、774：导电体、775：液晶元件、776：液晶层、778：结构体、780：各向异性导电体、782：发光元件、786：EL层、786a：EL层、786b：EL层、786c：EL层、788：导电体、790：电容器、792：电荷产生层、8000：相机、8001：外壳、8002：显示部、8003：操作按钮、8004：快门按钮、8006：透镜、8100：取景器、8101：外壳、8102：显示部、8103：按钮、8200：头戴显示器、8201：安装部、8202：透镜、8203：主体、8204：显示部、8205：电缆、8206：电池、8300：头戴显示器、8301：外壳、8302：显示部、8304：固定件、8305：透镜、9000：外壳、9001：显示部、9003：扬声器、9005：操作键、9006：连接端子、9007：传感器、9008：麦克风、9050：操作按钮、9051：信息、9052：信息、9053：信息、9054：信息、9055：铰链、9100：电视装置、9101：便携式信息终端、9102：便携式信息终端、9200：便携式信息终端、9201：便携式信息终端

Claims (21)

1.一种半导体装置，包括：
信号线、多个像素、模拟数字转换电路、检测电路以及放大电路，
其中，所述信号线包括第一节点及第二节点，
所述信号线在所述第一节点和所述第二节点之间与所述多个像素电连接，
所述放大电路具有将被供应的电流放大并供应到所述第一节点的功能，
所述模拟数字转换电路具有将所述第一节点的电位转换为第一信号的功能以及将所述第二节点的电位转换为第二信号的功能，
所述检测电路具有对比所述第一信号和所述第二信号来生成第三信号的功能，
并且，所述放大电路的电流放大率根据所述第三信号而决定。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中所述多个像素的每一个包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管，
并且所述金属氧化物包含元素M(M是Al、Ga、Y或Sn)及Zn。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，
其中所述多个像素的每一个包括显示元件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，
其中所述模拟数字转换电路、所述检测电路及所述放大电路中的一个以上包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，
其中所述模拟数字转换电路、所述检测电路及所述放大电路中的一个以上具有与所述多个像素中的一个以上重叠的区域。
6.一种半导体装置，包括：
第一层和第二层，
其中，所述第一层和所述第二层被层叠设置，
所述第一层包括配置为矩阵状的n个源极驱动电路(n是2以上的整数),
所述第二层包括配置为矩阵状的n个块，
所述n个块的每一个包括信号线以及与所述信号线电连接的多个像素，
第j源极驱动电路(j是1以上且n以下的整数)与第j块所包括的所述信号线的一端及另一端电连接，
所述第j源极驱动电路具有以所希望的放大率将被供应的图像数据放大并将所述放大的图像数据供应到所述第j块所包括的所述信号线的一端的功能，
并且，所述第j源极驱动电路具有对比所述第j块所包括的所述信号线的一端和另一端的电位，根据所述对比结果决定所述放大率的功能。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，
其中所述多个像素的每一个包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管，
并且所述金属氧化物包含元素M(M是Al、Ga、Y或Sn)及Zn。
8.根据权利要求6或7所述的半导体装置，
其中所述n个源极驱动电路的每一个包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的半导体装置，
其中所述第j源极驱动电路和所述第j块具有俯视时的距离为30μm以内的区域。
10.一种半导体装置，包括：
信号线、各自包括布线的多个像素、模拟数字转换电路、检测电路以及放大电路，
其中，所述信号线具有第一区域、第二区域，
所述多个像素所包括的各布线在所述信号线的所述第一区域和所述第二区域之间具有与所述信号线重叠的区域，
所述放大电路包括被供应图像信号的第一输入端子、被供应决定所述放大电路的放大率的信号的第二输入端子、以及输出放大所述图像信号而成的信号且电连接到所述第一区域的第一输出端子，
所述模拟数字转换电路包括电连接到所述第一区域的第三输入端子、电连接到所述第二区域的第四输入端子、以及电连接到所述检测电路的第二输出端子，
并且，所述检测电路包括电连接到所述第二输入端子的第三输出端子。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，
其中所述模拟数字转换电路具有输出基于所述第一区域和所述第二区域的电位差的信号的功能。
12.一种摄像装置，包括：
具有采用权利要求1至11中任一项所述的半导体装置的显示部的取景器；以及
透镜。
13.一种头戴显示器，包括：
采用权利要求1至11中任一项所述的半导体装置的显示部；以及
透镜及带状固定件。
14.根据权利要求13所述的头戴显示器，
其中所述显示部弯曲。
15.一种半导体装置的工作方法，
该半导体装置包括：
信号线、多个像素、模拟数字转换电路、检测电路、放大电路、电流调节部以及电流生成电路，
其中所述信号线包括第一节点及第二节点，
所述信号线在所述第一节点和所述第二节点之间与所述多个像素电连接，
并且所述放大电路包括第一输入端子、第二输入端子及输出端子，
该工作方法包括如下步骤：
所述第一节点的电位及所述第二节点的电位都被供应到所述模拟数字转换电路的第一步骤；
在所述模拟数字转换电路中，将所述第一节点的电位及所述第二节点的电位分别转换为第一信号及第二信号并供应到所述检测电路的第二步骤；
在所述检测电路中，进行所述第一信号和所述第二信号的对比，根据所述对比结果的第三信号被供应到所述电流调节部的第三步骤；
将电流从所述电流生成电路经过所述电流调节部供应到所述放大电路的所述第二输入端子的第四步骤；
所述放大电路的所述第一输入端子被供应图像信号的第五步骤；以及
进行从所述放大电路的所述输出端子向所述第一节点的供应的第五步骤。
16.根据权利要求15所述的半导体装置的工作方法，
其中所述图像信号是将k位数字信号(k是2以上的整数)转换为模拟值的信号，
所述第一信号及所述第二信号是m位数字信号(m是1以上的整数)，
并且k大于m。
17.根据权利要求15或16所述的半导体装置的工作方法，
其中所述放大电路根据被供应到所述第二输入端子的电流的增大而降低从所述输出端子输出的信号的阻抗。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的半导体装置的工作方法，
其中在所述第三步骤中所述第一信号和所述第二信号一致，
并且在所述第四步骤中供应到所述第二输入端子的所述电流被减弱。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的半导体装置的工作方法，
其中所述多个像素的每一个包括在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管，
并且所述金属氧化物包含元素M(M是Al、Ga、Y或Sn)及Zn。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的半导体装置的工作方法，
其中所述多个像素的每一个包括显示元件。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的半导体装置的工作方法，
其中所述模拟数字转换电路、所述检测电路及所述放大电路中的一个以上包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
CN202080032046.5A 2019-05-10 2020-04-28 半导体装置及半导体装置的工作方法 Pending CN113785344A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019089656 2019-05-10
JP2019-089656 2019-05-10
PCT/IB2020/053962 WO2020229920A1 (ja) 2019-05-10 2020-04-28 半導体装置、および半導体装置の動作方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113785344A true CN113785344A (zh) 2021-12-10

Family

ID=73289066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080032046.5A Pending CN113785344A (zh) 2019-05-10 2020-04-28 半导体装置及半导体装置的工作方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11727873B2 (zh)
KR (1) KR20220007074A (zh)
CN (1) CN113785344A (zh)
WO (1) WO2020229920A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11626052B2 (en) * 2019-05-10 2023-04-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6414619B1 (en) * 1999-10-22 2002-07-02 Eric J. Swanson Autoranging analog to digital conversion circuitry
JP4572523B2 (ja) 2003-10-09 2010-11-04 セイコーエプソン株式会社 画素回路の駆動方法、駆動回路、電気光学装置および電子機器
TWI323088B (en) 2006-10-19 2010-04-01 Novatek Microelectronics Corp Voltage conversion device having non-linear gain
WO2013180040A1 (en) 2012-05-31 2013-12-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
JP2015211266A (ja) 2014-04-24 2015-11-24 シナプティクス・ディスプレイ・デバイス合同会社 差動増幅回路及び表示駆動回路
CN104966479B (zh) 2015-07-16 2017-06-09 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板及显示装置
KR102478669B1 (ko) * 2015-11-26 2022-12-19 엘지디스플레이 주식회사 유기전계발광표시장치 및 이의 구동방법
KR101731032B1 (ko) * 2016-06-14 2017-04-27 주식회사 이노액시스 고속 충방전이 가능한 소스 드라이버
CN110313026A (zh) 2017-03-17 2019-10-08 株式会社半导体能源研究所 半导体装置、显示装置及电子设备
US11423844B2 (en) 2018-05-17 2022-08-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device and electronic device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020229920A1 (ja) 2020-11-19
JPWO2020229920A1 (zh) 2020-11-19
US11727873B2 (en) 2023-08-15
US20220189398A1 (en) 2022-06-16
KR20220007074A (ko) 2022-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7247176B2 (ja) 表示装置、及び電子機器
US11387280B2 (en) Light-emitting device and electronic device
JP7308655B2 (ja) 表示装置、及び電子機器
JP2018092932A (ja) 発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置
US11626052B2 (en) Display device
KR102625628B1 (ko) 표시 장치, 표시 모듈, 및 전자 기기
US20230403876A1 (en) Display device, display module, and electronic device
CN113412511A (zh) 眼镜式电子设备
US11727873B2 (en) Semiconductor device and method for operating semiconductor device
CN114097083A (zh) 显示装置
JP7472117B2 (ja) 半導体装置、撮像装置、ヘッドマウントディスプレイ
WO2020222061A1 (ja) 表示装置の動作方法
CN117279413A (zh) 发光器件、显示装置、显示模块、电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination