CN113939223A - 复合装置 - Google Patents

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山崎舜平
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胜井秀一
及川欣聪
吉住健辅
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Abstract

提供一种功耗得到降低的电子设备。提供一种容易实现轻量化及小型化且具有多功能的电子设备。复合装置包括传感器装置和显示装置。传感器装置包括第一通信部和传感器部且能够戴在人体上。显示装置包括显示部、第二通信部以及控制部。第一通信部具有发送包括由传感器部取得的信息的信号的功能。第二通信部具有接收上述信号的功能。控制部具有根据上述信号从休止状态恢复的功能。控制部具有根据上述信息生成第一图像数据并将其输出到显示部的功能，且显示部具有根据第一图像数据显示图像的功能。

Description

复合装置
技术领域
本发明的一个方式涉及一种显示装置。本发明的一个方式涉及一种传感器装置。本发明的一个方式涉及一种摄像装置。
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一个例子，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、上述装置的驱动方法或者上述装置的制造方法。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
应用于虚拟现实(VR：Virtual Reality)或增强现实(AR：Augmented Reality)的设备近年来被积极地研发。
此外，作为可以应用于显示面板的显示装置，典型地可以举出液晶显示装置、具备有机EL(Electro Luminescence：电致发光)元件或发光二极管(LED：Light EmittingDiode)等发光元件的发光装置、以电泳方式等进行显示的电子纸等。
例如，有机EL元件的基本结构是在一对电极之间夹有包含发光性有机化合物的层的结构。通过对该元件施加电压，可以得到来自发光性有机化合物的发光。由于应用上述有机EL元件的显示装置不需要液晶显示装置等所需要的背光源，所以可以实现薄型、轻量、高对比度且低功耗的显示装置。例如，专利文献1公开了使用有机EL元件的显示装置的例子。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2002-324673号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
用于VR或AR的设备由于戴在人体上，所以优选小型且轻量。但是，为了实现没有供应功率的环境下的长时间使用，需要安装大容量电池，小型化及轻量化很困难。此外，因设备的多功能化导致功耗增大，因此需要更大的容量的电池。
此外，近年来，随着健康意识的提升，对掌握管理日常生活的健康状况的装置有需求。例如，血压计或心电图机等医疗设备供个人使用其小型化及低价格化得到进展。此外，智能手机或平板终端等信息终端的多功能化得到进展，例如附加能够管理所取得的数据的功能。另一方面，由于从不太注重健康的人来说每天检测自己的健康状况往往很麻烦，所以管理健康的人和不管理的人两极分化。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种功耗得到降低的电子设备。本发明的一个方式的目的之一是提供一种容易实现轻量化及小型化且具有多功能的电子设备。本发明的一个方式的目的之一是提供一种容易管理健康状态的电子设备。本发明的一个方式的目的之一是提供能够显示现实感得到提高的图像的电子设备。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、传感器装置、电子设备或复合装置等。
注意，这些目的的记载并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。注意，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽取上述以外的目的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种包括传感器装置以及显示装置的复合装置。传感器装置包括第一通信部和传感器部且能够戴在人体上。显示装置包括显示部、第二通信部以及控制部。第一通信部具有发送包括由传感器部取得的信息的信号的功能。第二通信部具有接收上述信号的功能。控制部具有根据上述信号从休止状态恢复的功能。控制部具有根据上述信息生成第一图像数据并将其输出到显示部的功能，并且，显示部具有根据第一图像数据显示图像的功能。
在上述复合装置中，传感器装置优选构成为能够戴在眼球上。或者，传感器装置优选构成为能够贴在皮肤上。或者，传感器装置优选构成为能够戴在手腕子、手指或胳膊上。或者，传感器装置优选固定于衣服上。
在上述复合装置中，传感器部优选具有检测血糖值、心率、血压、体温、氧饱和度和中性脂肪浓度中的一个以上的功能。
在上述复合装置中，优选的是，显示部的像素密度为1000ppi以上且10000ppi以下，并且扫描线方向或信号线方向的像素数为2000以上且10000以下。
在上述复合装置中，显示装置优选包括摄像部。此时控制部优选具有根据包括在信号中的信息及从摄像部输入的第二图像数据生成第一图像数据并将其输出到显示部的功能。
发明效果
根据本发明的一个方式可以提供一种功耗得到降低的电子设备。根据本发明的一个方式可以提供一种容易实现轻量化及小型化且具有多功能的电子设备。根据本发明的一个方式可以提供一种容易管理健康状态的电子设备。根据本发明的一个方式可以提供能够显示现实感得到提高的图像的电子设备。根据本发明的一个方式可以提供一种新颖的电子设备或复合装置等。
注意，这些效果的记载并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。注意，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽取上述以外的效果。
附图简要说明
图1A及图1B是示出复合装置的结构例子的图。
图2是说明显示装置的工作例子的图。
图3A至图3E是示出传感器装置的结构例子的图。
图4A至图4C是说明图像的例子的图。
图5A及图5B是示出复合装置的结构例子的图。
图6A及图6B是示出电子设备的结构例子的图。
图7A及图7B是示出电子设备的结构例子的图。
图8A及图8B是示出显示面板的结构例子的图。
图9A及图9B是示出显示模块的结构例子的图。
图10是示出半导体装置的结构例子的图。
图11是示出半导体装置的结构例子的图。
图12是示出半导体装置的结构例子的图。
图13是示出半导体装置的结构例子的图。
图14A至图14C是示出半导体装置的结构例子的图。
实施发明的方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。但是，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，就是实施方式可以以多个不同形式来实施，其方式和详细内容可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。
注意，在以下说明的发明的结构中，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的部分，而省略其重复说明。此外，当表示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。
注意，在本说明书所说明的各个附图中，有时为了明确起见，夸大表示各构成要素的大小、层的厚度、区域。因此，本发明并不局限于附图中的尺寸。
在本说明书等中使用的“第一”、“第二”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。
(实施方式1)
在本实施方式中，参照附图对本发明的一个方式的显示装置、传感器装置以及包括这些装置的复合装置进行说明。
[复合装置的结构例子]
图1A示出复合装置10的示意图。复合装置10包括显示装置11和传感器装置12。
显示装置11包括控制部21、显示部22、摄像部23以及透镜24。传感器装置12包括传感器部31和通信部32。
显示装置11优选构成为能够戴在人体的头部。例如，可以被用作眼镜型显示装置或护目镜型显示装置。此外，也可以具有由一只眼睛看图像的结构。
传感器装置12构成为能够戴在人体上。图1A示出传感器装置12构成为能够戴在人体的眼球上的例子。图1A所示的传感器装置12也可以被用作隐形眼镜。注意，传感器装置12的结构不局限于此，也可以具有各种方式。
显示装置11所包括的显示部22包括多个像素，并具有显示图像的功能。像素包括一个以上的显示元件。作为显示元件，可以使用发光元件、液晶元件、微囊、电泳元件、电润湿元件、电流体元件、电致变色元件、MEMS元件等的各种显示元件。
尤其是，通过在显示部22所包括的显示元件中使用发光元件，可以得到高对比度，因此可以显示现实感更高的图像。作为发光元件，可以使用有机EL元件、LED元件、无机EL元件等。尤其优选使用有机EL元件。
作为LED元件，按照尺寸大小依次包括大型(Macro)LED(也称为巨型LED)、小型LED、微型LED等。在此，将边长为大于1mm的LED芯片称为大型LED、大于100μm且1mm以下的称为小型LED、100μm以下的称为微型LED。作为适用于像素的LED元件，尤其优选使用微型LED。通过使用微型LED，可以实现清晰度极高的显示装置。
显示部22的清晰度越高越优选。显示部22的像素密度为1000ppi以上且50000ppi以下，优选为2000ppi以上且20000ppi以下，更优选为3000ppi以上且10000ppi以下，进一步优选为5000ppi以上且10000ppi以下。典型地可以采用4500ppi以上且5500ppi以下的像素密度、5500ppi以上且6500ppi以下的像素密度或6500ppi以上且7500ppi以下的像素密度。
显示部22的分辨率越高越优选。显示部22的像素数在扫描线方向或信号线方向上例如为1000以上且20000以下，优选为2000以上且10000以下，更优选为3000以上且10000以下。在为了用于左眼和右眼设置两个显示部22时，显示区域的形状可以近于正方形(纵向长度和横向长度的比例为0.8以上且1.2以下)。另一方面，在将一个显示区域分为右眼和左眼的区域而使用时，显示区域的形状优选为横向长的长方形(例如，横向对纵向的长度比例为1.5以上且5.0以下)。此外，显示部22也可以适合于纵横比16：9的电视规格，此时可以采用FHD规格、4K2K规格或8K4K规格的分辨率。
作为显示部22，也可以使用透过外光的所谓透视面板。由此，可以使用显示装置11作为用于AR的设备。此时，也可以不在显示装置11中设置摄像部23。
摄像部23设置于在戴显示装置11时能够拍摄前面的位置上。由摄像部23拍摄的图像可以通过控制部21显示在显示部22上。
作为摄像部23可以适当地使用照相机。摄像部23所包括的摄像元件的分辨率越高越好。尤其优选的是，与显示部22所包括的像素数相同或者具有显示部22所包括的像素数以上的像素数。
控制部21具有生成供应给显示部22的图像信号S1并输出的功能。控制部21具有控制摄像部23的工作的功能以及取得从摄像部23输入的图像信号S2的功能。控制部21具有接收从传感器装置12供应的信号33的功能以及根据包括在该信号33中的信息生成输出到显示部22的图像信号S1的功能。
例如控制部21可以根据包括在图像信号S2中的由摄像部23拍摄的图像数据将由摄像部23拍摄的图像几乎无延迟地显示在显示部22上。此外，控制部21可以生成将根据由传感器装置12取得的信息生成的图像和包括在图像信号S2中的图像合成的合成图像，且在显示部22上显示该合成图像。由此，可以进行所谓AR显示或MR(Mixed Reality，也称为混合现实)显示。
传感器装置12包括传感器部31、通信部32。传感器装置12可以将由传感器部31取得的信息通过通信部32发送到显示装置11的控制部21。
传感器部31可以包括能够取得各种生物信息的传感器。例如传感器部可以使用接触于人体的接触型传感器、利用光的光学传感器、利用来自人体的电子信号的电传感器、能够取得体液(例如泪液或汗液等)的成分或性质的传感器等。
例如图1A所示的传感器装置12可以利用传感器部31用泪液测量盐分、葡萄糖等的浓度。例如可以从利用传感器部31测量的葡萄糖浓度推测用户的血糖值。
通信部32具有将包括由传感器部31取得的信息的信号33发送到显示装置11的功能。通信部32可以包括天线、信号生成电路以及调制电路等。
图1A示出用户的眼球41。这里为了容易理解，在眼球41与传感器装置12之间有间隙，实际上可以以与眼球41接触的方式戴传感器装置12。
透镜24设置在显示部22与传感器装置12之间，并具有调整焦点的功能。注意，例如在显示部22与眼球41的距离充分远而不需要调整焦点的情况或在传感器装置12具有焦点调整功能的情况下，也可以不设置透镜24。
用户可以通过传感器装置12及透镜24看到显示在显示部22上的图像。
显示装置11戴在头部，将传感器装置12戴在眼球41上，由此通信部25与通信部32间的通信距离极短。因此，由于通信所需要的功率极小，所以可以降低复合装置10的功耗。此外，由于通信所需要的功率小，所以通信电波对健康造成的影响小到忽略的程度。
图1B示出复合装置10的方框图。
控制部21包括通信部25和图像生成部26。对控制部21从摄像部23和传感器装置12分别输入图像信号S2和信号33。此外，也可以从外部输入图像信号S0。此外，从控制部21向显示部22输出图像信号S1。
通信部25具有接收从传感器装置12发送的信号33且将包括在该信号中的数据输出到图像生成部26的功能。通信部25例如可以具有天线、解调电路等的结构。
注意，在通信部25与通信部32能够互相通信时，各自包括解调电路及调制电路即可。
通信部25优选具有在没有输入信号33的期间切换为工作停止状态(也称为休止状态)的功能。此时，控制部21具有根据信号33的输入将通信部25从休止状态恢复的功能。包括模拟电路的通信部25在不需要工作的期间处于休止状态，由此可以大幅度地降低控制部21的功耗。此外，可以实现显示装置11的小型化、轻量化。
图2示意性地示出信号33及通信部25的工作的时序图。信号33的一个信号包括脉冲信号33a和包括数据的信号33b。如图2所示，从通信部32发送的信号33为间断地输出脉冲信号33a及信号33b的组的信号。
通信部25的工作大致分为恢复工作25a、处理工作25b及休止工作25c的三个作为一组。控制部21在收到脉冲信号33a时控制通信部25执行恢复工作25a。通信部25在恢复工作25a中从休止状态恢复。在恢复工作25a后通信部25在处理工作25b中解调所接收的信号33b生成数据，并将其输出到图像生成部26。在输出结束后，通信部25经过休止工作25c进入休止状态。
这里，图2示出工作期间Tact及休止期间Toff。休止期间Toff比工作期间Tact越长，可以越降低功耗。例如，由于监视人体生物信息的变化时需要的采样频率可以为10Hz以下、5Hz以下、1Hz以下或0.1Hz以下，所以信号33的接收频率也可以大致相同。此外，由于工作期间Tact可以为极短的时间(例如几十μ秒至几十m秒左右)，所以可以使通信部25在几乎所有的期间处于休止状态。
图1B所示的图像生成部26具有如下功能：在从通信部25输入包括在信号33中的数据时根据该数据生成图像数据，生成将该图像数据和包括在从摄像部23输入的图像信号S2中的图像数据合成的合成图像数据。控制部21生成包括该合成图像数据的图像信号S1输出显示部22。
在从外部输入图像信号S0时，图像生成部26也可以具有生成将包括在图像信号S0中的图像数据及根据包括在信号33中的数据生成的图像数据合成的合成图像数据的功能。
图像生成部26也可以具有生成将包括在图像信号S1中的图像数据、包括在图像信号S0中的图像数据和根据包括在信号33中的数据生成图像数据合成的合成图像数据的功能。
[传感器装置]
在上述中作为传感器装置12说明能够戴在人体的眼球上的结构，但也可以采用各种方式。以下说明传感器装置12的其他例子。
图3A示出构成为贴合在皮肤上的传感器装置12。图3A示出传感器装置12贴合在胳膊42上的状态。传感器装置12分别包括芯片状传感器部31和通信部32。传感器装置12的外包装体优选为薄片状构件，优选具有柔性或伸缩性。传感器装置12可以在与皮肤接触的面一侧包括粘合剂。
图3B示出能够缠绕在胳膊42(手腕子)上的传感器装置12。传感器装置12至少包括传感器部31和通信部32。图3B所示的传感器装置12也可以包括信息显示部，例如传感器装置12也可以被用作手表型信息终端设备。
图3C示出能够戴在手指43上的传感器装置12。图3C所示的传感器装置12至少包括传感器部31和通信部32。传感器装置12也可以包括信息显示部，例如传感器装置12也可以被用作戒指型信息终端设备。此外，通过传感器装置12包括陀螺仪传感器等，传感器装置12也可以被用作使用手势的输入装置。
图3D示出能够戴在用户40的上膊44上的传感器装置12。传感器装置12至少包括传感器部31和通信部32。传感器装置12优选包括由具有伸缩性的材料构成的圆筒状或圆筒的一部分有缺口的形状(就是说，截面形状为大致C形状)的外包装体。
图3E示出贴在用户40的衣服45的内侧的传感器装置12。传感器装置12至少包括传感器部31和通信部32。优选在用户40将衣服45穿在最内面时，传感器装置12的一部分优选与皮肤接触。此外，传感器装置12即使用户40在衣服45内面穿着其他衣服，优选也可以通过该其他衣服取得用户的生物信息。注意，传感器装置12也可以固定在衣服45的外侧或内面。
这里，传感器装置12优选具有检测血糖值、心率、脉搏、血压、体温、氧饱和度及中性脂肪浓度中的一个以上的功能。血糖值如上所述可以通过测量体液中的葡萄糖浓度进行推测。
动脉(小动脉)对红外光或可见光的反射率根据血氧饱和度的变动而改变，所以可以进行光学测量。通过获取其随时间变化，即血氧饱和度的随时间变化，可以获取脉波信息。由此，可以测量用户的心率。此外，可以通过红外光或可见光检测血中性脂肪浓度、血或真皮中的葡萄糖浓度等。
通过作为传感器部31包括与皮肤接触的电极，可以测量心电图。
此外，可以从心电图以及脉搏波中的两个搏动时序的偏差(脉搏波传播时间的时长)算出血压。当血压高时脉搏波传播时间变短，与此相反，当血压低时脉搏波传播时间变长。另外，也可以从根据心电图及脉搏波算出的心跳数与血压的关系推测用户的身体状态。例如，当心跳数和血压都高时，可以推测出用户处于紧张或兴奋状态，与此相反，当心跳数和血压都低时，可以推测出用户处于放松状态。此外，当持续血压低且心跳数高的状态时，有心脏疾患等的可能性。
注意，优选在传感器装置12或显示装置11中设置取得其他生物信息的单元。例如，除了心电图、血压、体温等体内的生物信息以外，还有表情、面色、瞳孔等外在的生物信息等。此外，歩数、运动强度、移动的高低差、饮食(摄取热量或营养素等)的信息对医疗健康也是重要的信息。通过使用多个生物信息等可以综合进行身体管理，除了日常的健康管理，还有助于早期发现伤病。
传感器装置12也可以包括GPS(Global Positioning System，也称为全球定位系统)并能够取得位置信息。此外，传感器装置12也可以具有电子支付功能。
[图像的例子]
以下对能够利用复合装置10提供给用户的图像的一个例子进行说明。
图4A示出饮食时映于用户的视野上的图像50a的例子。图像50a中与由摄像部23拍摄的现实图像重叠显示图像信息51a。图4A所示的图像信息51a示出意味着血糖值的图标图像(描绘方糖的图像)、提醒用户血糖值较高的评论、推测的血糖值(CAUTION！！140mg/dL)。用户通过图像信息51a意识到自己血糖值较高，由此可以采取抑制饭量、取消甜食的订单、点抑制血糖值的上升的饮料等的行为。
图4B示出郊游时映于用户的视野上的图像50b的例子。图像50b中示出图像信息51b。图像信息51b示出意味着心率的图标图像(描绘心形的图像)、提醒用户心率较高的评论、所测量的心率的值(CAUTION！！130bpm)。用户通过图像信息51b可以确认自己的心率，可以采取休息、放慢步行速度等的行为。
图4C示出叫来部属责备时映于用户的视野的图像50c的例子。图像50c中示出图像信息51c。图像信息51c示出意味着血压的图标图像(描绘心形及心电图的图像)、提醒用户血压较高的评论、所推测的血压值(CAUTION！！160mmHg)。用户通过图像信息51c意识到自己过于激动兴奋，由此可以采取为了抑制愤怒做深呼吸、反思对部属的态度等的行为。
注意，上述说明示出提醒用户的评论的例子，也可以显示促进采取具体行为的显示。例如，图4C所示的情况下，也可以提供促进做深呼吸的评论或动画图像等。
[变形例子]
以下对上述结构例子的变形例子进行说明。
图5A示出复合装置10a的示意图，图5B示出复合装置10a的方框图。
复合装置10a包括具有图像显示功能的传感器装置12a和信息处理装置13。
传感器装置12a除了传感器部31及通信部32以外还包括显示部34。显示部34具有显示图像的功能。作为显示部34可以适当地使用透空显示器。
通信部32具有将包括由传感器部31取得的信息的信号33发送到信息处理装置13的功能。此外，具有解调从信息处理装置13接收的信号27将包括在信号27中的图像信号输出到显示部34的功能。
显示部34可以根据从通信部32输入的图像信号显示图像。
信息处理装置13包括控制部21。控制部21包括通信部25和图像生成部26。
通信部25具有接收从传感器装置12a发送的信号33并将包括在该信号中的数据输出到图像生成部26的功能。此外，通信部25具有将包括在从图像生成部26输入的图像信号S1中的信号27发送到传感器装置12a的功能。
图像生成部26具有在从通信部25输入包括在信号33中的数据时根据该数据生成图像信号S1并将其输出到通信部25的功能。
用户可以通过与透过传感器装置12a的透过图像重叠看到显示在显示部34上的图像。复合装置10a可以将AR显示供应给用户。此外，显示部34透过光，也可以将VR显示提供给用户。
通过采用这种结构，可以使复合装置10a的结构非常简化。由于信息处理装置13容易实现小型化、轻量化，所以可以放在口袋或包中。此时，由于不需要戴在头部的装置，所以可以实现用户不感到烦的装置。
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，对能够用于本发明的一个方式的复合装置的包括显示装置的电子设备的结构例子进行说明。
图6A示出眼镜型电子设备900的立体图。电子设备900包括一对显示面板901、一对框体(框体902a、框体902b)、一对光学构件903、一对安装部904等。
电子设备900可以将由显示面板901显示的图像投影于光学构件903中的显示区域906。因为光学构件903具有透光性，所以用户可以与通过光学构件903看到的透过图像重叠地看到显示于显示区域906的图像。因此，电子设备900是能够进行AR显示的电子设备。
一个框体902a设置有能够拍摄前面的照相机905。此外，框体902a包括无线通讯装置907，可以对框体902a及框体902b供应影像信号等。注意，代替无线通讯装置907或者除了无线通讯装置907以外还可以包括能够连接供应影像信号或电源电位的电缆的连接器。此外，通过在框体902a或框体902b具备陀螺仪传感器等加速度传感器，可以检测到用户头部的方向并将对应该方向的图像显示在显示区域906上。此外，框体902a或框体902b优选设置有电池，优选能够以无线或有线对该电池进行充电。
此外，框体902b也可以设置有处理器908。处理器908具有控制照相机905、无线通讯装置907、一对显示面板901等电子设备900所包括的各种构成要素的功能以及生成图像的功能等。处理器908也可以具有生成用来进行AR显示的合成图像的功能。
另外，通过无线通讯装置907可以与外部设备进行数据通信。例如，将从外部传送的数据输出到处理器908，处理器908也可以根据该数据生成用来进行AR显示的图像数据。作为从外部传送的数据，除了图像数据以外还可以举出包括从生物传感器装置等传送的生物信息的数据等。
接着，参照图6B说明相对于电子设备900的显示区域906的图像投影方法。框体902(框体902a及框体902b)的内部设置有显示面板901、透镜911、反射板912。此外，相当于光学构件903的显示区域906的部分包括被用作半反射镜的反射面913。
显示面板901所发射的光915经过透镜911而被反射板912反射到光学构件903一侧。在光学构件903的内部中，光915在光学构件903的端面反复全反射，在到达反射面913时，图像被投影于反射面913。由此，用户可以看到反射在反射面913上的光915和经过光学构件903(包括反射面913)的透过光916的两个。
图6B示出反射板912的表面及反射面913都具有曲面的例子。由此，与它们是平面的情况相比，可以提高光学设计的自由度，从而可以减薄光学构件903的厚度。另外，反射板912的表面及反射面913也可以是平面。
作为反射板912，可以使用具有镜面的构件，并且该反射板优选具有高反射率。此外，作为反射面913，也可以使用利用金属膜的反射的半反射镜，但是当使用利用全反射的棱镜等时，可以提高透过光916的透过率。
在此，框体902优选具有调整透镜911和显示面板901之间的距离及它们的角度的机构。由此，可以进行焦点调整、图像的放大、缩小等。例如，采用透镜911及显示面板901中的一个或两个能够在光轴方向上移动的结构，即可。
框体902优选具有能够调整反射板912的角度的机构。通过改变反射板912的角度，可以改变显示图像的显示区域906的位置。由此，可以根据用户的眼睛的位置将显示区域906配置于最合适的位置上。
显示面板901可以应用本发明的一个方式的显示装置或显示模块。因此，可以实现能够进行清晰度极高的显示的电子设备900。
图7A、图7B示出护目镜型电子设备950的立体图。图7A是示出电子设备950的正面、平面及左侧面的立体图，图7B是示出电子设备950的背面、底面及右侧面的立体图。
电子设备950包括一对显示面板951、框体952、一对安装部954、缓冲构件955、一对透镜956等。一对显示面板951的每一个设置在框体952内部的能够通过透镜956看到的位置上。
电子设备950是VR用电子设备。戴上电子设备950的用户可以通过透镜956看到显示于显示面板951的图像。此外，通过使一对显示面板951显示互不相同的图像，也可以进行利用视差的三维显示。此外，也可以采用电子设备950所包括的框体952具有防水功能且能够在水中使用电子设备950的结构。此时，在框体952采用流线型时，可以降低水的阻力，由此可以进一步提高游泳速度，所以是优选的。
此外，框体952的背面一侧设置有输入端子957和输出端子958。可以将供应来自影像输出设备等的影像信号或用于对设置在框体952内的电池进行充电的电力等的电缆连接到输入端子957。输出端子958例如被用作声音输出端子，可以与耳机或头戴式耳机等连接。另外，在能够通过无线通信输出声音数据的情况或从外部的影像输出设备输出声音的情况下，也可以不设置该声音输出端子。
框体952设置有能够拍摄前面的照相机959。电子设备950可以显示由照相机959拍摄的图像或使用该图像的合成图像。电子设备950除了VR显示以外还可以进行AR显示和MR显示。
框体952设置有处理器961和无线通讯装置962。通过处理器961可以控制一对显示面板951、照相机959、无线通讯装置962等的电子设备950所包括的各种组件。此外，通过处理器961可以生成用来显示在显示面板951上的图像。
另外，通过无线通讯装置962可以与外部设备进行数据通信。例如，将从外部传送的数据输出到处理器961，处理器961也可以根据该数据生成用来进行VR显示、AR显示或MR显示的图像数据。作为从外部传送的数据，除了图像数据以外还可以举出包括从生物传感器装置等传送的生物信息的数据等。
此外，框体952优选具有一种机构，其中能够调整透镜956及显示面板951的左右位置，以根据用户的眼睛的位置使透镜956及显示面板951位于最合适的位置上。此外，还优选具有一种机构，其中通过改变透镜956和显示面板951之间的距离来调整焦点。
显示面板951可以应用本发明的一个方式的显示装置或显示模块。因此，可以实现能够进行清晰度极高的显示的电子设备950。由此，用户可以感受高沉浸感。
缓冲构件955是与用户的脸(额及脸颊等)接触的部分。通过使缓冲构件955与用户的脸密接，可以防止漏光，从而可以进一步提高沉浸感。缓冲构件955优选使用柔软的材料以在用户戴上电子设备950时与用户的脸密接。例如，可以使用橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯、海绵等材料。另外，当作为缓冲构件955使用用布或皮革(天然皮革或合成皮革)等覆盖海绵等的表面的构件时，在用户的脸和缓冲构件955之间不容易产生空隙，从而可以适当地防止漏光。此外，在使用这种材料时，除了触感舒适以外在寒冷季节等戴上时不会让用户感到冰凉，所以是优选的。在缓冲构件955及安装部954等接触于用户的皮肤的构件采用可拆卸的结构时，容易进行清洗及交换，所以是优选的。
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，对能够用于本发明的一个方式的复合装置的显示面板的结构例子进行说明。以下所示的显示面板由于可以实现极高的清晰度，所以可以适当地用于显示装置或传感器装置所包括的显示部。
[像素的结构例子]
以下说明适合于高清晰的显示面板的像素的排列方法的例子。
例如在以下所示的结构中，可以以包括发光元件的像素的清晰度(像素密度)为1000ppi以上且50000ppi以下，优选为2000ppi以上且20000ppi以下，更优选为3000ppi以上且10000ppi以下，进一步优选为5000ppi以上且10000ppi以下实现配置于显示区域的显示装置。典型地可以采用4500ppi以上且5500ppi以下的像素密度，5500ppi以上且6500ppi以下的像素密度或6500ppi以上且7500ppi以下的像素密度。
〔像素电路的结构例子〕
图8A示出像素单元70的电路图的例子。像素单元70由两个像素(像素70a及像素70b)构成。此外，像素单元70与布线91a、布线91b、布线92a、布线92b、布线92c、布线92d、布线93a、布线93b以及布线93c等。
像素70a包括子像素71a、子像素72a以及子像素73a。像素70b包括子像素71b、子像素72b以及子像素73b。子像素71a、子像素72a以及子像素73a分别包括像素电路81a、像素电路82a以及像素电路83a。此外，子像素71b、子像素72b以及子像素73b分别包括像素电路81b、像素电路82b以及像素电路83b。
各子像素包括像素电路和显示元件60。例如，子像素71a包括像素电路81a和显示元件60。在此，示出作为显示元件60使用有机EL元件等发光元件的情况。
布线91a及布线91b分别被用作扫描线(也称为栅极线)。布线92a、布线92b、布线92c以及布线92d分别被用作信号线(也称为源极线或数据线)。此外，布线93a、布线93b以及布线93c具有对显示元件60供应电位的功能。
像素电路81a与布线91a、布线92a以及布线93a电连接。像素电路82a与布线91b、布线92d以及布线93a电连接。像素电路83a与布线91a、布线92b以及布线93b电连接。像素电路81b与布线91b、布线92a以及布线93b电连接。像素电路82b与布线91a、布线92c以及布线93c电连接。像素电路83b与布线91b、布线92b以及布线93c电连接。
如图8A所示，通过采用一个像素与两个栅极线连接的结构，可以使源极线的个数变为条纹配置的一半。由此，可以使被用作源极驱动电路的IC的个数变为原来的一半，而可以减少构件个数。
此外，优选采用用作信号线的一个布线与对应于相同的颜色的像素电路连接的结构。例如，当为了校正像素之间的亮度不均匀，将其电位被调整的信号供应给上述布线时，有时校正值根据颜色而大不相同。此时，通过将一个信号线连接到对应于相同颜色的像素电路，可以容易进行校正。
另外，各像素电路包括晶体管61、晶体管62以及电容器63。例如，在像素电路81a中，晶体管61的栅极与布线91a电连接，晶体管61的源极和漏极中的一个与布线92a电连接，源极和漏极中的另一个与晶体管62的栅极及电容器63的一个电极电连接。晶体管62的源极和漏极中的一个与显示元件60的一个电极电连接，源极和漏极中的另一个与电容器63的另一个电极及布线93a电连接。显示元件60的另一个电极与被供应电位V1的布线电连接。
注意，关于其他像素电路，如图8A所示，除了与晶体管61的栅极连接的布线、与晶体管61的源极和漏极中的一个连接的布线以及与电容器63的另一个电极连接的布线以外，其结构与像素电路81a相同。
在图8A中，晶体管61具有选择晶体管的功能。晶体管62与显示元件60串联连接且具有控制流过显示元件60的电流的功能。电容器63具有保持与晶体管62的栅极连接的节点的电位的功能。当晶体管61的关闭状态的泄漏电流或经过晶体管62的栅极的泄漏电流等极小时，也可以不设置电容器63。
如图8A所示，晶体管62优选包括互相电连接的第一栅极及第二栅极。如此，通过采用具有两个栅极的结构，可以增加晶体管62能够流过的电流。特别在高清晰的显示装置中，可以以不使晶体管62的尺寸(尤其是沟道宽度)变大的方式增加该电流，所以是优选的。
晶体管62也可以具有一个栅极。与上述结构相比，该结构不需要进行形成第二栅极的工序而可以简化工序。另外，晶体管61也可以具有两个栅极。通过采用该结构，可以缩小晶体管的尺寸。各晶体管的第一栅极与第二栅极互相电连接。或者，也可以使一个栅极与其他布线电连接。此时，通过改变对该布线供应的电位，可以控制晶体管的阈值电压。
另外，显示元件60的一对电极中与晶体管62电连接的电极相当于上述像素电极。在图8A中，将显示元件60的与晶体管62电连接的电极用作阴极，而将另一个电极用作阳极。这种结构在晶体管62为n沟道晶体管时特别有效。就是说，当晶体管62处于导通状态时，由布线93a供应的电位成为源极电位，由此无论显示元件60的电阻的不均匀性或变动如何，也可以使流过晶体管62的电流恒定。此外，作为像素电路所包括的晶体管也可以使用p沟道型晶体管。
〔显示元件的结构例子〕
图8B是示出显示元件的排列方法的例子的俯视示意图。图8B示出两个像素单元的俯视示意图。
像素70a包括显示元件R1、显示元件G1以及显示元件B1。像素70b包括显示元件R2、显示元件G2以及显示元件B2。显示元件R1及显示元件R2呈现红色，显示元件G1及显示元件G2呈现绿色，显示元件B1及显示元件B2呈现蓝色。
在着眼于显示元件R1及显示元件R2时，在纵向方向上之字形配置。同样地，显示元件G1和显示元件G2、显示元件B1和显示元件B2分别之字形配置。通过采用上述结构，可以改善视角依赖性，在从倾斜方向看显示面时，有色度或亮度的偏差不容易产生的效果。
以上是像素的结构例子的说明。
[显示模块的结构例子]
以下对本发明的一个方式的显示模块的结构例子进行说明。
图9A是显示模块280的透视示意图。显示模块280包括显示装置200和FPC290。
显示模块280包括衬底201及衬底202。此外，衬底202一侧形成有显示部281。显示部281是显示模块280中的图像显示区域，并可以看到来自设置在下述像素部284中的各像素的光。
图9B是衬底201一侧的结构的立体图。衬底201包括电路部282、层叠在电路部282上的像素电路部283及该像素电路部283上的像素部284。此外，在衬底201的不与像素部284重叠的部分上形成有用来连接到FPC290的端子部285。此外，端子部285与电路部282通过由多个布线构成的布线部286电连接。
像素部284包括排列为矩阵状的多个像素284a。图9B的右侧示出一个像素284a的放大图。像素284a包括显示元件R1、显示元件G1、显示元件B1、显示元件R2、显示元件G2以及显示元件B2。像素284a相当于在上述图8A和图8B中示出的像素单元70。
像素电路部283包括以矩阵状排列的多个像素电路283a。一个像素电路283a控制一个像素284a所包括的六个发光元件的发光。一个像素电路283a可以由六个控制一个发光元件的发光的电路构成。例如，像素电路283a可以采用对于一个发光元件至少具有一个选择晶体管、一个电流控制用晶体管(驱动晶体管)以及电容器的结构。此时，选择晶体管的栅极被输入栅极信号，源极或漏极中的一方被输入源极信号。由此，可以实现有源矩阵型显示装置。
电路部282包括用于驱动像素电路部283的各像素电路283a的电路。例如，优选具有栅极线驱动器、源极线驱动器等。此外，还可以具有运算电路、存储电路、电源电路等。
FPC290用作从外部向电路部282供给视频信号或电源电位的布线。此外，也可以在FPC290上安装IC。
显示模块280可以采用在像素部284的下侧层叠有像素电路部283、电路部282等的结构，所以可以使显示部281具有极高的开口率(有效显示面积比)。例如，显示部281的开口率可以为40％以上且低于100％，优选为50％以上且95％以下，更优选为60％以上且95％以下。此外，能够极高密度地配置像素284a，由此可以使显示部281具有极高的清晰度。例如，优选以显示部281的清晰度(像素密度)为1000ppi以上且50000ppi以下、优选为2000ppi以上且20000ppi以下、更优选为3000ppi以上且10000ppi以下、进一步优选为5000ppi以上且10000ppi以下配置像素284a。典型地可以采用4500ppi以上且5500ppi以下的像素密度、5500ppi以上且6500ppi以下的像素密度或6500ppi以上且7500ppi以下的像素密度。
这种高清晰的显示模块280适合用于能够用于头戴式显示器等VR用设备或眼镜型AR用设备。例如，即便将高清晰的显示模块280用于通过透镜观看显示部的设备，通过透镜被放大的显示部的像素也不容易被用户看到，由此可以进行具有高度沉浸感的显示，因为显示模块280中的显示部281具有极高清晰度。此外，显示模块280还可以应用于具有相对较小型的显示部的电子设备。例如，适合用于手表型电子设备等可穿戴式电子设备的显示部。
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4)
在本实施方式中，对能够用于本发明的一个方式的复合系统的CPU的一个例子进行说明。以下例示的CPU尤其优选用于显示装置所包括的控制部。
<CPU的结构>
图10所示的半导体装置5400包括CPU核5401、电源管理单元5421及外围电路5422。电源管理单元5421包括功率控制器(Power Controller)5402及功率开关(Power Switch)5403。外围电路5422包括具有高速缓冲存储器的高速缓存(Cache)5404、总线接口(BUS I/F)5405及调试接口(Debug I/F)5406。CPU核5401包括数据总线5423、控制装置(ControlUnit)5407、PC(程序计数器)5408、流水线寄存器(Pipeline Register)5409、流水线寄存器(Pipeline Register)5410、ALU(Arithmetic logic unit：算术逻辑单元)5411及寄存器堆(Register File)5412。经过数据总线5423进行CPU核5401与高速缓存5404等外围电路5422之间的数据的发送和接收。
半导体装置(单元)可以被用于功率控制器5402、控制装置5407等的很多逻辑电路。尤其是，该半导体装置(单元)可以被用于能够使用标准单元构成的所有逻辑电路。其结果，可以提供一种小型半导体装置5400。另外，可以提供一种能够减少功耗的半导体装置5400。此外，可以提供一种能够提高工作速度的半导体装置5400。另外，可以提供一种能够减少电源电压的变动的半导体装置5400。
通过作为半导体装置(单元)使用p沟道型Si晶体管、在沟道形成区域中包含氧化物半导体(优选为包含In、Ga及Zn的氧化物)的晶体管，并且将该半导体装置(单元)用作半导体装置5400，可以提供一种小型的半导体装置5400。另外，可以提供一种能够减少功耗的半导体装置5400。此外，可以提供一种能够提高工作速度的半导体装置5400。尤其是，通过作为Si晶体管只采用p沟道型晶体管，可以降低制造成本。
控制装置5407通过对PC5408、流水线寄存器5409、流水线寄存器5410、ALU5411、寄存器堆5412、高速缓存5404、总线接口5405、调试接口5406及功率控制器5402的工作进行整体控制，能够将被输入的应用软件等程序所包含的指令解码并执行。
ALU5411能够进行四则运算及逻辑运算等各种运算处理。
高速缓存5404能够暂时储存使用次数多的数据。PC5408是能够储存接下来执行的指令的地址的寄存器。另外，虽然在图10中没有进行图示，但是高速缓存5404还设置有控制高速缓冲存储器的工作的高速缓存控制器。
流水线寄存器5409是能够暂时储存指令数据的寄存器。
寄存器堆5412具有包括常用寄存器的多个寄存器，而可以储存从主存储器读出的数据或者由ALU5411的运算处理的结果得出的数据等。
流水线寄存器5410是能够暂时储存用于ALU5411的运算处理的数据或者由ALU5411的运算处理结果得出的数据等的寄存器。
总线接口5405被用作半导体装置5400与位于半导体装置5400外部的各种装置之间的数据的路径。调试接口5406被用作用来将控制调试的指令输入到半导体装置5400的信号的路径。
功率开关5403具有控制对半导体装置5400所包括的功率控制器5402以外的各种电路供应电源电压的功能。上述各种电路分别属于几个电源定域，属于同一电源定域的各种电路被功率开关5403控制是否供应电源电压。另外，功率控制器5402具有控制功率开关5403的工作的功能。
具有上述结构的半导体装置5400能够进行电源门控。对电源门控的工作流程的一个例子进行说明。
首先，CPU核5401将停止供应电源电压的时机设定在功率控制器5402的寄存器中。接着，从CPU核5401对功率控制器5402发送开始进行电源门控的指令。接着，半导体装置5400内的各种寄存器及高速缓存5404开始进行数据的备份。接着，利用功率开关5403停止对半导体装置5400所包括的功率控制器5402以外的各种电路的电源电压供应。接着，通过对功率控制器5402输入中断信号，开始对半导体装置5400所包括的各种电路的电源电压供应。此外，也可以对功率控制器5402设置计数器，不依靠输入中断信号而利用该计数器来决定开始供应电源电压的时机。接着，各种寄存器及高速缓存5404开始进行数据的恢复。接着，再次开始执行控制装置5407中的指令。
在处理器整体或者构成处理器的一个或多个逻辑电路中能够进行这种电源门控。另外，即使在较短的时间内也可以停止供应电力。因此，可以以空间上或时间上微细的粒度减少功耗。
在进行电源门控时，优选在较短的期间中将CPU核5401或外围电路5422所保持的数据备份。由此，可以在较短的期间中进行电源的开启或关闭，从而可以实现低功耗化。
为了在较短的期间中将CPU核5401或外围电路5422所保持的数据备份，触发器电路优选在其电路内进行数据备份(将其称为能够备份的触发器电路)。另外，SRAM单元优选在单元内进行数据备份(将其称为能够备份的SRAM单元)。能够备份的触发器电路和SRAM单元优选包括在沟道形成区域中包含氧化物半导体(优选为包含In、Ga及Zn的氧化物)的晶体管。其结果，晶体管具有小关态电流，由此能够备份的触发器电路或SRAM单元可以长期间保持数据而不需要电力供应。另外，当晶体管的开关速度快时，能够备份的触发器电路和SRAM单元有时可以在较短的期间中进行数据备份及恢复。
参照图11对能够备份的触发器电路的例子进行说明。
图11所示的半导体装置5500是能够备份的触发器电路的一个例子。半导体装置5500包括第一存储电路5501、第二存储电路5502、第三存储电路5503以及读出电路5504。电位V1与电位V2的电位差作为电源电压被供应到半导体装置5500。电位V1和电位V2中的一个为高电平，另一个为低电平。下面，以电位V1为低电平而电位V2为高电平的情况为例，对半导体装置5500的结构例子进行说明。
第一存储电路5501具有在半导体装置5500被供应电源电压的期间中被输入包括数据的信号D时保持该数据的功能。而且，在半导体装置5500被供应电源电压的期间，从第一存储电路5501输出包括所保持的数据的信号Q。另一方面，在半导体装置5500没有被供应电源电压的期间中，第一存储电路5501不能保持数据。就是说，可以将第一存储电路5501称为易失性存储电路。
第二存储电路5502具有读取并储存(或备份。)保持在第一存储电路5501中的数据的功能。第三存储电路5503具有读取并储存(或备份。)保持在第二存储电路5502中的数据的功能。读出电路5504具有读取保持在第二存储电路5502或第三存储电路5503中的数据并将其储存(或恢复)在第一存储电路5501中的功能。
尤其是，第三存储电路5503具有即使在半导体装置5500没有被供应电源电压的期间中也读取并储存(或备份)保持在第二存储电路5502中的数据的功能。
如图11所示，第二存储电路5502包括晶体管5512及电容器5519。第三存储电路5503包括晶体管5513、晶体管5515以及电容器5520。读出电路5504包括晶体管5510、晶体管5518、晶体管5509以及晶体管5517。
晶体管5512具有将根据保持在第一存储电路5501中的数据的电荷充电到电容器5519并将该电荷从电容器5519放电的功能。晶体管5512优选将根据保持在第一存储电路5501中的数据的电荷高速地充电到电容器5519并将该电荷从电容器5519高速地放电。具体而言，晶体管5512优选在沟道形成区域中包含具有结晶性的硅(优选为多晶硅，更优选为单晶硅)。
晶体管5513的导通状态或非导通状态根据保持在电容器5519中的电荷被选择。晶体管5515具有在晶体管5513处于导通状态时将根据布线5544的电位的电荷充电到电容器5520并将该电荷从电容器5520放电的功能。优选晶体管5515的关态电流极小。具体而言，晶体管5515在沟道形成区域中包含氧化物半导体(优选为包含In、Ga及Zn的氧化物)。
以下，具体地说明各元件之间的连接关系。晶体管5512的源极和漏极中的一个与第一存储电路5501连接。晶体管5512的源极和漏极中的另一个与电容器5519的一个电极、晶体管5513的栅极及晶体管5518的栅极连接。电容器5519的另一个电极与布线5542连接。晶体管5513的源极和漏极中的一个与布线5544连接。晶体管5513的源极和漏极中的另一个与晶体管5515的源极和漏极中的一个连接。晶体管5515的源极和漏极中的另一个与电容器5520的一个电极及晶体管5510的栅极连接。电容器5520的另一个电极与布线5543连接。晶体管5510的源极和漏极中的一个与布线5541连接。晶体管5510的源极和漏极中的另一个与晶体管5518的源极和漏极中的一个连接。晶体管5518的源极和漏极中的另一个与晶体管5509的源极和漏极中的一个连接。晶体管5509的源极和漏极中的另一个与晶体管5517的源极和漏极中的一个及第一存储电路5501连接。晶体管5517的源极和漏极中的另一个与布线5540连接。在图11中，晶体管5509的栅极与晶体管5517的栅极连接，但是晶体管5509的栅极不一定必须与晶体管5517的栅极连接。
作为晶体管5515，可以使用包含氧化物半导体的晶体管。因为晶体管5515的关态电流小，所以半导体装置5500可以长期间保持数据而不需要电力供应。因为晶体管5515的开关特性良好，所以半导体装置5500可以高速地进行备份和恢复。
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5)
在本实施方式中，对能够用于本发明的一个方式的复合装置所包括的显示装置或传感器装置的半导体装置的结构例子进行说明。以下例示的半导体装置尤其可用于显示装置所包括的控制部。此外，不局限于此，也可以用于摄像部、传感器装置所包括的传感器部以及通信部等。
图12所示的半导体装置包括晶体管300、晶体管500及电容器800。图14A是晶体管500的沟道长度方向上的截面图，图14B是晶体管500的沟道宽度方向上的截面图，图14C是晶体管300的沟道宽度方向上的截面图。
晶体管500是在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管(OS晶体管)。由于晶体管500的关态电流小，所以通过将该晶体管用于半导体装置所包括的OS晶体管，可以长期间保持写入的数据。
如图12所示，在本发明的一个方式中说明的半导体装置包括晶体管300、晶体管500及电容器800。晶体管500设置在晶体管300的上方，电容器800设置在晶体管300及晶体管500的上方。
晶体管300设置在衬底311上，并包括：导电体316、绝缘体315、由衬底311的一部分构成的半导体区域313；以及被用作源区域和漏区域的低电阻区域314a及低电阻区域314b。另外，晶体管300可以应用于存储器所包括的晶体管等。
如图14C所示，在晶体管300中，导电体316隔着绝缘体315覆盖半导体区域313的顶面及沟道宽度方向的侧面。如此，通过使晶体管300具有Fin型结构，实效上的沟道宽度增加，所以可以改善晶体管300的通态特性。此外，由于可以增加栅电极的电场的影响，所以可以改善晶体管300的关闭特性。
另外，晶体管300可以为p沟道型晶体管或n沟道型晶体管。
半导体区域313的沟道形成区域、其附近的区域、被用作源区域或漏区域的低电阻区域314a及低电阻区域314b等优选包含硅类半导体等半导体，更优选包含单晶硅。此外，也可以使用包含Ge(锗)、SiGe(硅锗)、GaAs(砷化镓)、GaAlAs(镓铝砷)等的材料形成。可以使用对晶格施加应力，改变晶面间距而控制有效质量的硅。此外，晶体管300也可以是使用GaAs和GaAlAs等的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)。
在低电阻区域314a及低电阻区域314b中，除了应用于半导体区域313的半导体材料之外，还包含砷、磷等赋予n型导电性的元素或硼等赋予p型导电性的元素。
作为被用作栅电极的导电体316，可以使用包含砷、磷等赋予n型导电性的元素或硼等赋予p型导电性的元素的硅等半导体材料、金属材料、合金材料或金属氧化物材料等导电材料。
此外，由于导电体的材料决定功函数，所以通过选择该导电体的材料，可以调整晶体管的阈值电压。具体而言，作为导电体优选使用氮化钛或氮化钽等材料。为了兼具导电性和埋入性，作为导电体优选使用钨或铝等金属材料的叠层，尤其在耐热性方面上优选使用钨。
注意，图12所示的晶体管300的结构只是一个例子，不局限于上述结构，根据电路结构或驱动方法使用适当的晶体管即可。例如，当只由OS晶体管构成半导体装置时，如图13所示，作为晶体管300的结构采用与使用氧化物半导体的晶体管500相同的结构即可。在后面说明晶体管500的详细结构。
以覆盖晶体管300的方式依次层叠有绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326。
作为绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326，例如可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧氮化铝、氮氧化铝及氮化铝等。
注意，在本说明书中，“氧氮化硅”是指在其组成中氧含量多于氮含量的材料，而“氮氧化硅”是指在其组成中氮含量多于氧含量的材料。注意，在本说明书中，“氧氮化铝”是指氧含量多于氮含量的材料，“氮氧化铝”是指氮含量多于氧含量的材料。
绝缘体322也可以被用作使因设置在其下方的晶体管300等而产生的台阶平坦化的平坦化膜。例如，为了提高绝缘体322的顶面的平坦性，其顶面也可以通过利用化学机械抛光(CMP)法等的平坦化处理被平坦化。
作为绝缘体324，优选使用能够防止氢或杂质从衬底311或晶体管300等扩散到设置有晶体管500的区域中的具有阻挡性的膜。
作为对氢具有阻挡性的膜的一个例子，例如可以使用通过CVD法形成的氮化硅。在此，有时氢扩散到晶体管500等具有氧化物半导体的半导体元件中，导致该半导体元件的特性下降。因此，优选在晶体管500与晶体管300之间设置抑制氢的扩散的膜。具体而言，抑制氢的扩散的膜是指氢的脱离量少的膜。
氢的脱离量例如可以利用热脱附谱分析法(TDS)等测定。例如，在TDS分析中的膜表面温度为50℃至500℃的范围内，当将换算为氢原子的脱离量换算为绝缘体324的每单位面积的量时，绝缘体324中的氢的脱离量为10×1015atoms/cm2以下，优选为5×1015atoms/cm2以下，即可。
注意，绝缘体326的介电常数优选比绝缘体324低。例如，绝缘体326的相对介电常数优选低于4，更优选低于3。例如，绝缘体326的相对介电常数优选为绝缘体324的相对介电常数的0.7倍以下，更优选为0.6倍以下。通过将介电常数低的材料用于层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。
此外，在绝缘体320、绝缘体322、绝缘体324及绝缘体326中埋入与电容器800或晶体管500连接的导电体328、导电体330等。此外，导电体328及导电体330具有插头或布线的功能。注意，有时使用同一附图标记表示具有插头或布线的功能的多个导电体。此外，在本说明书等中，布线、与布线连接的插头也可以是一个构成要素。就是说，导电体的一部分有时被用作布线，并且导电体的一部分有时被用作插头。
作为各插头及布线(导电体328及导电体330等)的材料，可以使用金属材料、合金材料、金属氮化物材料或金属氧化物材料等导电材料的单层或叠层。优选使用兼具耐热性和导电性的钨或钼等高熔点材料，尤其优选使用钨。或者，优选使用铝或铜等低电阻导电材料。通过使用低电阻导电材料可以降低布线电阻。
也可以在绝缘体326及导电体330上形成布线层。例如，在图12中，依次层叠有绝缘体350、绝缘体352及绝缘体354。此外，在绝缘体350、绝缘体352及绝缘体354中形成有导电体356。导电体356具有与晶体管300连接的插头或布线的功能。此外，导电体356可以使用与导电体328及导电体330同样的材料形成。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体350例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体356优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体350所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
注意，作为对氢具有阻挡性的导电体，例如优选使用氮化钽等。此外，通过层叠氮化钽和导电性高的钨，不但可以保持作为布线的导电性而且可以抑制氢从晶体管300扩散。此时，对氢具有阻挡性的氮化钽层优选与对氢具有阻挡性的绝缘体350接触。
此外，也可以在绝缘体354及导电体356上形成布线层。例如，在图12中，依次层叠有绝缘体360、绝缘体362及绝缘体364。此外，在绝缘体360、绝缘体362及绝缘体364中形成有导电体366。导电体366具有插头或布线的功能。此外，导电体366可以使用与导电体328及导电体330同样的材料形成。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体360例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体366优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体360所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
此外，也可以在绝缘体364及导电体366上形成布线层。例如，在图12中，依次层叠有绝缘体370、绝缘体372及绝缘体374。此外，在绝缘体370、绝缘体372及绝缘体374中形成有导电体376。导电体376具有插头或布线的功能。此外，导电体376可以使用与导电体328及导电体330同样的材料形成。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体370例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体376优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体370所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
此外，也可以在绝缘体374及导电体376上形成布线层。例如，在图12中，依次层叠有绝缘体380、绝缘体382及绝缘体384。此外，在绝缘体380、绝缘体382及绝缘体384中形成有导电体386。导电体386具有插头或布线的功能。此外，导电体386可以使用与导电体328及导电体330同样的材料形成。
此外，与绝缘体324同样，绝缘体380例如优选使用对氢具有阻挡性的绝缘体。此外，导电体386优选包含对氢具有阻挡性的导电体。尤其是，在对氢具有阻挡性的绝缘体380所具有的开口中形成对氢具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以使用阻挡层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
在上面说明包括导电体356的布线层、包括导电体366的布线层、包括导电体376的布线层及包括导电体386的布线层，但是本实施方式的半导体装置不局限于此。与包括导电体356的布线层同样的布线层可以为三层以下，与包括导电体356的布线层同样的布线层可以为五层以上。
在绝缘体384上依次层叠有绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516。作为绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516中的一个，优选使用对氧或氢具有阻挡性的物质。
例如，作为绝缘体510及绝缘体514，优选使用能够防止氢或杂质从衬底311或设置有晶体管300的区域等扩散到设置有晶体管500的区域中的具有阻挡性的膜。因此，绝缘体510及绝缘体514可以使用与绝缘体324同样的材料。
作为对氢具有阻挡性的膜的一个例子，可以使用通过CVD法形成的氮化硅。在此，有时氢扩散到晶体管500等具有氧化物半导体的半导体元件中，导致该半导体元件的特性下降。因此，优选在晶体管500与晶体管300之间设置抑制氢的扩散的膜。具体而言，抑制氢的扩散的膜是指氢的脱离量少的膜。
例如，作为对氢具有阻挡性的膜，绝缘体510及绝缘体514优选使用氧化铝、氧化铪、氧化钽等金属氧化物。
尤其是，氧化铝的不使氧及导致晶体管的电特性变动的氢、水分等杂质透过膜的阻挡效果高。因此，在晶体管的制造工序中及制造工序之后，氧化铝可以防止氢、水分等杂质进入晶体管500中。此外，氧化铝可以抑制氧从构成晶体管500的氧化物释放。因此，氧化铝适合用于晶体管500的保护膜。
另外，例如，作为绝缘体512及绝缘体516，可以使用与绝缘体320同样的材料。此外，通过作为上述绝缘体使用介电常数较低的材料，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体512及绝缘体516，可以使用氧化硅膜和氧氮化硅膜等。
此外，在绝缘体510、绝缘体512、绝缘体514及绝缘体516中例如埋入有导电体518、构成晶体管500的导电体(例如，导电体503)等。此外，导电体518被用作与电容器800或晶体管300连接的插头或布线。导电体518可以使用与导电体328及导电体330同样的材料形成。
尤其是，与绝缘体510及绝缘体514接触的区域的导电体518优选为对氧、氢及水具有阻挡性的导电体。通过采用该结构，可以利用对氧、氢及水具有阻挡性的层将晶体管300与晶体管500分离，从而可以抑制氢从晶体管300扩散到晶体管500中。
绝缘体516的上方设置有晶体管500。
如图14A和图14B所示，晶体管500包括：嵌入在绝缘体514及绝缘体516中的导电体503；配置在绝缘体516及导电体503上的绝缘体522；配置在绝缘体522上的绝缘体524；配置在绝缘体524上的氧化物530a；配置在氧化物530a上的氧化物530b；配置在氧化物530b上的氧化物530c；配置在氧化物530c上且彼此隔开的导电体542a及导电体542b；配置在导电体542a及导电体542b上且形成有与导电体542a和导电体542b之间重叠的开口的绝缘体580；配置在开口的底面及侧面上的绝缘体550；以及配置在绝缘体550的形成面上的导电体560。
另外，如图14A和图14B所示，优选在氧化物530a、氧化物530b、导电体542a及导电体542b与绝缘体580之间配置有绝缘体544。此外，如图14A和图14B所示，导电体560优选包括设置在绝缘体550的内侧的导电体560a及嵌入在导电体560a的内侧的导电体560b。此外，如图14A和图14B所示，优选在绝缘体580、导电体560及绝缘体550上配置有绝缘体574。
注意，下面有时将氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c总称为氧化物530。
在晶体管500中，在形成沟道的区域及其附近层叠有氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的三层，但是本发明不局限于此。例如，可以设置氧化物530b的单层、氧化物530b与氧化物530a的两层结构、氧化物530b与氧化物530c的两层结构或者四层以上的叠层结构。另外，在晶体管500中，导电体560具有两层结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体560也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。注意，图12、图14A所示的晶体管500的结构只是一个例子而不局限于上述结构，可以根据电路结构或驱动方法使用适当的晶体管。
在此，导电体560被用作晶体管的栅电极，导电体542a及导电体542b被用作源电极或漏电极。如上所述，导电体560填埋于绝缘体580的开口中及夹在导电体542a与导电体542b之间的区域中。导电体560、导电体542a及导电体542b相对于绝缘体580的开口的配置是自对准地被选择。换言之，在晶体管500中，可以在源电极与漏电极之间自对准地配置栅电极。由此，可以在不设置用于对准的余地的方式形成导电体560，所以可以实现晶体管500的占有面积的缩小。由此，可以实现半导体装置的微型化及高集成化。
再者，导电体560自对准地形成在导电体542a与导电体542b之间的区域，所以导电体560不包括与导电体542a或导电体542b重叠的区域。由此，可以降低形成在导电体560与导电体542a及导电体542b之间的寄生电容。因此，可以提高晶体管500的开关速度，从而晶体管500可以具有高频率特性。
导电体560有时被用作第一栅(也称为顶栅极)电极。导电体503有时被用作第二栅(也称为底栅极)电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体503的电位而不使其与供应到导电体560的电位联动，可以控制晶体管500的阈值电压。尤其是，通过对导电体503供应负电位，可以使晶体管500的阈值电压大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体503供应负电位时相比，在对导电体503施加负电位的情况下，可以减小对导电体560供应的电位为0V时的漏极电流。
导电体503以与氧化物530及导电体560重叠的方式配置。由此，在对导电体560及导电体503供应电位的情况下，从导电体560产生的电场和从导电体503产生的电场连接，可以覆盖形成在氧化物530中的沟道形成区域。在本说明书等中，将由第一栅电极的电场和第二栅电极的电场电围绕沟道形成区域的晶体管的结构称为surrounded channel(S-channel：围绕沟道)结构。
另外，导电体503具有与导电体518同样的结构，以与绝缘体514及绝缘体516的开口的内壁接触的方式形成有导电体503a，其内侧形成有导电体503b。另外，在晶体管500中，层叠有导电体503a与导电体503b，但是本发明不局限于此。例如，导电体503可以具有单层结构，也可以具有三层以上的叠层结构。
在此，作为导电体503a优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的导电材料。另外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的导电材料。在本说明书中，“抑制杂质或氧的扩散的功能”是指抑制上述杂质和上述氧中的任一个或全部的扩散的功能。
例如，通过使导电体503a具有抑制氧的扩散的功能，可以抑制因导电体503b氧化而导致导电率的下降。
另外，在导电体503还具有布线的功能的情况下，作为导电体503b，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电性高的导电材料。在附图中，导电体503b具有单层结构，但是也可以具有叠层结构，例如，可以采用钛或者氮化钛和上述导电材料的叠层结构。
绝缘体522、绝缘体524及绝缘体550被用作栅极绝缘膜。
在此，与氧化物530接触的绝缘体524及绝缘体550优选使用包含超过化学计量组成的氧的绝缘体。换言之，优选在绝缘体524及绝缘体550中形成有过剩氧区域。通过以与氧化物530接触的方式设置上述包含过剩氧的绝缘体，可以减少氧化物530中的氧缺陷，从而可以提高晶体管500的可靠性。
具体而言，作为具有过剩氧区域的绝缘体，优选使用通过加热使一部分的氧脱离的氧化物材料。通过加热使氧脱离的氧化物是指在TDS(Thermal DesorptionSpectroscopy：热脱附谱)分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×1018atoms/cm3以上，优选为1.0×1019atoms/cm3以上，进一步优选为2.0×1019atoms/cm3以上，或者3.0×1020atoms/cm3以上的氧化物膜。另外，进行上述TDS分析时的膜的表面温度优选在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的范围内。
当绝缘体524具有过剩氧区域时，绝缘体522优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。
当绝缘体522具有抑制氧或杂质的扩散的功能时，氧化物530所包含的氧不扩散到绝缘体516一侧，所以是优选的。另外，可以抑制导电体503与绝缘体524或氧化物530所包含的氧起反应。
作为绝缘体522，例如优选使用包含氧化铝、氧化铪、含有铝及铪的氧化物(铝酸铪)、氧化钽、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)或(Ba，Sr)TiO3(BST)等所谓的high-k材料的绝缘体的单层或叠层。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘膜的薄膜化，有时发生泄漏电流等问题。通过作为被用作栅极绝缘膜的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。
尤其是，优选使用作为具有抑制杂质及氧等的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的绝缘材料的包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。当使用这种材料形成绝缘体522时，绝缘体522被用作抑制氧从氧化物530释放或氢等杂质从晶体管500的周围部进入氧化物530的层。
或者，例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆。此外，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
在图14A及图14B的晶体管500中，作为由两层叠层结构构成的第二栅极绝缘膜使用绝缘体522及绝缘体524，但是第二栅极绝缘膜也可以具有单层、三层以上的叠层结构。此时，不局限于使用相同材料构成的叠层结构，也可以是使用不同材料形成的叠层结构。
在晶体管500中，优选将被用作氧化物半导体的金属氧化物用于包含沟道形成区域的氧化物530。例如，作为氧化物530优选使用In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种)等金属氧化物。尤其是，能够应用于氧化物530的In-M-Zn氧化物优选为后述的CAAC-OS或CAC-OS。此外，作为氧化物530，也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物。
作为在氧化物530中被用作沟道形成区域的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。如此，通过使用带隙较宽的金属氧化物，可以减小晶体管的关态电流。
在氧化物530中，当氧化物530b之下设置有氧化物530a时，可以防止杂质从形成在氧化物530a下方的结构物扩散到氧化物530b。当氧化物530b之上设置有氧化物530c时，可以防止杂质从形成在氧化物530c的上方的结构物扩散到氧化物530b。
另外，氧化物530优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的多个氧化物层的叠层结构。具体而言，用于氧化物530a的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物的构成元素中的元素M的原子个数比。另外，用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比优选大于用于氧化物530b的金属氧化物中的相对于In的元素M的原子个数比。另外，用于氧化物530b的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比优选大于用于氧化物530a的金属氧化物中的相对于元素M的In的原子个数比。另外，氧化物530c可以使用可用于氧化物530a或氧化物530b的金属氧化物。
优选的是，使氧化物530a及氧化物530c的导带底的能量高于氧化物530b的导带底的能量。换言之，氧化物530a及氧化物530c的电子亲和势优选小于氧化物530b的电子亲和势。
在此，在氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部中，导带底的能级平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部的导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在氧化物530a与氧化物530b的界面以及氧化物530b与氧化物530c的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使氧化物530a与氧化物530b、以及氧化物530b与氧化物530c除了氧之外包含共同元素(为主要成分)，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在氧化物530b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为氧化物530a及氧化物530c优选使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化镓等。
此时，载流子的主要路径为氧化物530b。通过使氧化物530a及氧化物530c具有上述结构，可以降低氧化物530a与氧化物530b的界面及氧化物530b与氧化物530c的界面的缺陷态密度。因此，界面散射对载流子传导的影响减少，可以提高晶体管500的通态电流。
氧化物530c上设置有被用作源电极及漏电极的导电体542a及导电体542b。作为导电体542a及导电体542b，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。另外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。再者，氮化钽等金属氮化物膜对氢或氧具有阻挡性，所以是优选的。
此外，虽然在图14A和图14B中示出单层结构的导电体542a及导电体542b，但是也可以采用两层以上的叠层结构。例如，优选层叠氮化钽膜及钨膜。另外，也可以层叠钛膜及铝膜。另外，也可以采用在钨膜上层叠铝膜的两层结构、在铜-镁-铝合金膜上层叠铜膜的两层结构、在钛膜上层叠铜膜的两层结构、在钨膜上层叠铜膜的两层结构。
另外，也可以使用：在钛膜或氮化钛膜上层叠铝膜或铜膜并在其上形成钛膜或氮化钛膜的三层结构、在钼膜或氮化钼膜上层叠铝膜或铜膜并在其上形成钼膜或氮化钼膜的三层结构等。另外，也可以使用包含氧化铟、氧化锡或氧化锌的透明导电材料。
另外，如图14A所示，有时在氧化物530与导电体542a(导电体542b)的界面及其附近作为低电阻区域形成有区域543a及区域543b。此时，区域543a被用作源区域和漏区域中的一个，区域543b被用作源区域和漏区域中的另一个。此外，沟道形成区域形成在夹在区域543a和区域543b之间的区域中。
通过以与氧化物530接触的方式形成上述导电体542a(导电体542b)，区域543a(区域543b)的氧浓度有时降低。另外，在区域543a(区域543b)中有时形成包括包含在导电体542a(导电体542b)中的金属及氧化物530的成分的金属化合物层。在此情况下，区域543a(区域543b)的载流子浓度增加，区域543a(区域543b)成为低电阻区域。
绝缘体544以覆盖导电体542a及导电体542b的方式设置，抑制导电体542a及导电体542b的氧化。此时，绝缘体544也可以以覆盖氧化物530的侧面且与绝缘体524接触的方式设置。
作为绝缘体544，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗、钕、镧和镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。另外，作为绝缘体544也可以使用氮氧化硅或氮化硅等。
尤其是，作为绝缘体544，优选使用作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。尤其是，铝酸铪的耐热性比氧化铪膜高。因此，在后面的工序的热处理中不容易晶化，所以是优选的。另外，在导电体542a及导电体542b是具有耐氧化性的材料或者吸收氧也其导电性不会显著降低的情况下，不需要必须设置绝缘体544。根据所需要的晶体管特性，适当地设计即可。
通过包括绝缘体544，可以抑制绝缘体580所包含的水及氢等杂质经过氧化物530c、绝缘体550扩散到氧化物530b。此外，可以抑制绝缘体580所包含的过剩氧使导电体560氧化。
另外，绝缘体550被用作第一栅极绝缘膜。与上述绝缘体524同样，绝缘体550优选使用包含过量氧且通过加热释放氧的绝缘体形成。
具体而言，可以使用包含过剩氧的氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。
另外，为了将绝缘体550所包含的过剩氧高效地供应到氧化物530，也可以在绝缘体550与导电体560之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制从绝缘体550到导电体560的氧扩散。通过设置抑制氧的扩散的金属氧化物，从绝缘体550到导电体560的过剩氧的扩散得到抑制。换言之，可以抑制供应到氧化物530的过剩氧的减少。另外，可以抑制因过剩氧导致的导电体560的氧化。作为该金属氧化物，可以使用可用于绝缘体544的材料。
另外，与第二栅极绝缘膜同样，绝缘体550也可以具有叠层结构。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘膜的薄膜化，有时发生泄漏电流等问题，所以通过使被用作栅极绝缘膜的绝缘体具有high-k材料与具有热稳定性的材料的叠层结构，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。此外，可以实现具有热稳定性及高相对介电常数的叠层结构。
在图14A及图14B中，被用作第一栅电极的导电体560具有两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。
作为导电体560a，优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。另外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。通过使导电体560a具有抑制氧的扩散的功能，可以抑制因绝缘体550所包含的氧导致导电体560b氧化而导电率下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。另外，作为导电体560a可以使用能够应用于氧化物530的氧化物半导体。此时，通过使用溅射法形成导电体560b，可以降低导电体560a的电阻值而使其成为导电体。可以将该导电体称为OC(Oxide Conductor)电极。
作为导电体560b，优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。由于导电体560b还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，可以使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。导电体560b也可以具有叠层结构，例如，可以采用钛或者氮化钛和上述导电材料的叠层结构。
绝缘体580优选隔着绝缘体544设置在导电体542a及导电体542b上。绝缘体580优选具有过剩氧区域。例如，绝缘体580优选包含氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅或树脂等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。尤其是，氧化硅和具有空孔的氧化硅容易在后面的工序中形成过剩氧区域，所以是优选的。
绝缘体580优选具有过剩氧区域。通过以与绝缘体550接触的方式设置通过加热而释放氧的绝缘体580，可以将绝缘体580中的氧通过绝缘体550高效地供应给氧化物530。另外，优选降低绝缘体580中的水或氢等杂质的浓度。
绝缘体580的开口以与导电体542a和导电体542b之间的区域重叠的方式形成。由此，导电体560填埋于绝缘体580的开口中及夹在导电体542a与导电体542b之间的区域中。
在进行半导体装置的微型化时，需要缩短栅极长度，但是需要防止导电体560的导电性的下降。为此，在增大导电体560的厚度的情况下，导电体560有可能具有纵横比高的形状。在本实施方式中，由于将导电体560填埋于绝缘体580的开口，所以即使导电体560具有纵横比高的形状，在工序中也不发生导电体560的倒塌。
绝缘体574优选以与绝缘体580的顶面、导电体560的顶面及绝缘体550的顶面接触的方式设置。通过利用溅射法形成绝缘体574，可以在绝缘体550及绝缘体580中形成过剩氧区域。由此，可以将氧从该过剩氧区域供应到氧化物530中。
例如，作为绝缘体574，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗和镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。
尤其是，氧化铝具有高阻挡性，即使是0.5nm以上且3.0nm以下的薄膜，也可以抑制氢及氮的扩散。由此，通过利用溅射法形成的氧化铝可以在被用作氧供应源的同时还具有氢等杂质的阻挡膜的功能。
另外，优选在绝缘体574上设置被用作层间膜的绝缘体581。与绝缘体524等同样，优选降低绝缘体581中的水或氢等杂质的浓度。
另外，在形成于绝缘体581、绝缘体574、绝缘体580及绝缘体544中的开口配置导电体540a及导电体540b。导电体540a及导电体540b以隔着导电体560彼此对置的方式设置。导电体540a及导电体540b具有与后面说明的导电体546及导电体548同样的结构。此外，如图14A所示，也可以在开口的侧壁与导电体540a或导电体540b之间设置被用作氢等杂质的阻挡膜的绝缘体。
绝缘体581上设置有绝缘体582。绝缘体582优选使用对氧或氢具有阻挡性的物质。因此，作为绝缘体582可以使用与绝缘体514同样的材料。例如，作为绝缘体582优选使用氧化铝、氧化铪、氧化钽等金属氧化物。
尤其是，氧化铝的不使氧及导致晶体管的电特性变动的氢、水分等杂质透过的阻挡效果高。因此，在晶体管的制造工序中及制造工序之后，氧化铝可以防止氢、水分等杂质进入晶体管500中。此外，氧化铝可以抑制氧从构成晶体管500的氧化物释放。因此，氧化铝适合用于晶体管500的保护膜。
此外，绝缘体582上设置有绝缘体586。作为绝缘体586可以使用与绝缘体320同样的材料。此外，通过将介电常数较低的材料用于上述绝缘体，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体586，可以使用氧化硅膜及氧氮化硅膜等。
此外，在绝缘体522、绝缘体524、绝缘体544、绝缘体580、绝缘体574、绝缘体581、绝缘体582及绝缘体586中埋入导电体546及导电体548等。
导电体546及导电体548被用作与电容器800、晶体管500或晶体管300连接的插头或布线。导电体546及导电体548可以使用与导电体328及导电体330同样的材料形成。
接着，晶体管500的上方设置有电容器800。电容器800包括导电体810、导电体820及绝缘体830。
此外，也可以在导电体546及导电体548上设置导电体812。导电体812被用作与晶体管500连接的插头或者布线。导电体810被用作电容器800的电极。此外，可以同时形成导电体812及导电体810。
作为导电体812及导电体810可以使用包含选自钼、钛、钽、钨、铝、铜、铬、钕、钪中的元素的金属膜或以上述元素为成分的金属氮化物膜(氮化钽膜、氮化钛膜、氮化钼膜、氮化钨膜)等。或者，也可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等导电材料。
在图12中，导电体812及导电体810具有单层结构，但是不局限于此，也可以具有两层以上的叠层结构。例如，也可以在具有阻挡性的导电体与导电性高的导电体之间形成与具有阻挡性的导电体以及导电性高的导电体紧密性高的导电体。
以隔着绝缘体830重叠于导电体810的方式设置导电体820。作为导电体820可以使用金属材料、合金材料、金属氧化物材料等导电材料。优选使用兼具耐热性和导电性的钨或钼等高熔点材料，尤其优选使用钨。当与导电体等其他构成要素同时形成导电体820时，使用低电阻金属材料的Cu(铜)或Al(铝)等即可。
导电体820及绝缘体830上设置有绝缘体840。绝缘体840可以使用与绝缘体320同样的材料形成。此外，绝缘体840可以被用作覆盖其下方的凹凸形状的平坦化膜。
通过采用本结构，在使用包含氧化物半导体的晶体管的半导体装置中，可以在抑制电特性的变动的同时提高可靠性。另外，可以实现使用包含氧化物半导体的晶体管的存储装置、运算装置等的微型化或高集成化。
[金属氧化物]
以下，对可用于晶体管的形成沟道的半导体层(氧化物530)的金属氧化物进行说明。
另外，在本说明书等中，有时将包含氮的金属氧化物称为金属氧化物(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)。例如，也可以将锌氧氮化物(ZnON)等含有氮的金属氧化物用于半导体层。
在本说明书等中，有时记载CAAC(c-axis aligned crystal)或CAC(Cloud-Aligned Composite)。CAAC是指结晶结构的一个例子，CAC是指功能或材料构成的一个例子。
例如，作为半导体层，可以使用CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS(OxideSemiconductor)。
CAC-OS或CAC-metal oxide在材料的一部分中具有导电性的功能，在材料的另一部分中具有绝缘性的功能，作为材料的整体具有半导体的功能。此外，在将CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的半导体层的情况下，导电性的功能是使被用作载流子的电子(或空穴)流过的功能，绝缘性的功能是不使被用作载流子的电子流过的功能。通过导电性的功能和绝缘性的功能的互补作用，可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有开关功能(控制开启/关闭的功能)。通过在CAC-OS或CAC-metal oxide中使各功能分离，可以最大限度地提高各功能。
此外，CAC-OS或CAC-metal oxide包括导电性区域及绝缘性区域。导电性区域具有上述导电性的功能，绝缘性区域具有上述绝缘性的功能。此外，在材料中，导电性区域和绝缘性区域有时以纳米粒子级分离。另外，导电性区域和绝缘性区域有时在材料中不均匀地分布。此外，有时观察到其边缘模糊而以云状连接的导电性区域。
此外，在CAC-OS或CAC-metal oxide中，导电性区域和绝缘性区域有时以0.5nm以上且10nm以下，优选为0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。
此外，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同带隙的成分构成。例如，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有起因于绝缘性区域的宽隙的成分及具有起因于导电性区域的窄隙的成分构成。在该结构中，当使载流子流过时，载流子主要在具有窄隙的成分中流过。此外，具有窄隙的成分与具有宽隙的成分互补作用，与具有窄隙的成分联动地在具有宽隙的成分中载流子流过。因此，在将上述CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的沟道形成区域时，在晶体管的导通状态中可以得到高电流驱动力，即大通态电流及高场效应迁移率。
就是说，也可以将CAC-OS或CAC-metal oxide称为基质复合材料(matrixcomposite)或金属基质复合材料(metal matrix composite)。
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。
CAAC-OS具有c轴取向性，其多个纳米晶在a-b面方向上连结而结晶结构具有畸变。畸变是指在多个纳米晶连结的区域中晶格排列一致的区域与其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。
纳米晶基本上为六角形，但是不局限于正六角形，有时为非正六角形。另外，纳米晶有时在畸变中具有五角形或七角形等晶格排列。另外，在CAAC-OS中，即使在畸变附近也难以观察明确的晶界(grain boundary)。即，可知由于晶格排列畸变，可抑制晶界的形成。这是由于CAAC-OS因为a-b面方向上的氧原子排列的低密度或因金属元素被取代而使原子间的键合距离产生变化等而能够包容畸变。
CAAC-OS有具有层状结晶结构(也称为层状结构)的倾向，在该层状结晶结构中层叠有包含铟及氧的层(下面称为In层)和包含元素M、锌及氧的层(下面称为(M，Zn)层)。另外，铟和元素M彼此可以取代，在用铟取代(M，Zn)层中的元素M的情况下，也可以将该层表示为(In，M，Zn)层。另外，在用元素M取代In层中的铟的情况下，也可以将该层表示为(In，M)层。
CAAC-OS是结晶性高的金属氧化物。另一方面，在CAAC-OS中不容易观察明确的晶界，因此不容易发生起因于晶界的电子迁移率的下降。此外，金属氧化物的结晶性有时因杂质的进入或缺陷的生成等而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质或缺陷(氧空位(也称为VO(：oxygen vacancy))等)少的金属氧化物。因此，包含CAAC-OS的金属氧化物的物理性质稳定。因此，具有CAAC-OS的金属氧化物具有耐热性及高可靠性。
在nc-OS中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。另外，nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与a-likeOS或非晶氧化物半导体没有差别。
另外，在包含铟、镓和锌的金属氧化物的一种的铟-镓-锌氧化物(以下，IGZO)有时在由上述纳米晶构成时具有稳定的结构。尤其是，IGZO有在大气中不容易进行晶体生长的倾向，所以有时与在IGZO由大结晶(在此，几mm的结晶或者几cm的结晶)形成时相比在IGZO由小结晶(例如，上述纳米结晶)形成时在结构上稳定。
a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的金属氧化物。a-like OS包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。
氧化物半导体(金属氧化物)具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。
用作半导体层的金属氧化物膜可以使用非活性气体和氧气体中的任一个或两个形成。注意，对形成金属氧化物膜时的氧流量比(氧分压)没有特别的限制。但是，在要获得场效应迁移率高的晶体管的情况下，形成金属氧化物膜时的氧流量比(氧分压)优选为0％以上且30％以下，更优选为5％以上且30％以下，进一步优选为7％以上且15％以下。
金属氧化物的能隙优选为2eV以上，更优选为2.5eV以上，进一步优选为3eV以上。如此，通过使用能隙宽的金属氧化物，可以减少晶体管的关态电流。
形成金属氧化物膜时的衬底温度优选为350℃以下，更优选为室温以上且200℃以下，进一步优选为室温以上且130℃以下。形成金属氧化物膜时的衬底温度优选为室温，由此可以提高生产率。
金属氧化物膜可以通过溅射法形成。除此之外，例如还可以利用PLD法、PECVD法、热CVD法、ALD法、真空蒸镀法等。
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]
R1、R2、G1、G2、B1、B2：显示元件、S0、S1、S2：图像信号、10、10a：复合装置、11：显示装置、12、12a：传感器装置、13：信息处理装置、21：控制部、22：显示部、23：摄像部、24：透镜、25：通信部、25a：恢复工作、25b：处理工作、25c：休止工作、26：图像生成部、27：信号、31：传感器部、32：通信部、33：信号、33a：脉冲信号、33b：信号、34：显示部、40：用户、41：眼球、42：胳膊、43：手指、44：上膊、45：衣服、50a、50b、50c：图像、51a、51b、51c：图像信息。

Claims (8)

1.一种复合装置，包括：
传感器装置；以及
显示装置，
其中，所述传感器装置包括第一通信部和传感器部且能够戴在人体上，
所述显示装置包括显示部、第二通信部以及控制部，
所述第一通信部具有发送包括由所述传感器部取得的信息的信号的功能，
所述第二通信部具有接收所述信号的功能，
所述控制部具有根据所述信号从休止状态恢复的功能，
所述控制部具有根据所述信息生成第一图像数据并将其输出到所述显示部的功能，
并且，所述显示部具有根据所述第一图像数据显示图像的功能。
2.根据权利要求1所述的复合装置，
其中所述传感器装置构成为能够戴在眼球上。
3.根据权利要求1所述的复合装置，
其中所述传感器装置构成为能够贴在皮肤上。
4.根据权利要求1所述的复合装置，
其中所述传感器装置构成为能够戴在手腕子、手指或胳膊上。
5.根据权利要求1所述的复合装置，
其中所述传感器装置固定于衣服上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合装置，
其中所述传感器部具有检测血糖值、心率、血压、体温、氧饱和度和中性脂肪浓度中的一个以上的功能。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合装置，
其中所述显示部的像素密度为1000ppi以上且10000ppi以下，
并且扫描线方向或信号线方向的像素数为2000以上且10000以下。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合装置，
其中所述显示装置包括摄像部，
并且所述控制部具有根据包括在所述信号中的所述信息及从所述摄像部输入的第二图像数据生成所述第一图像数据并将其输出到所述显示部的功能。
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