DE112015001241T5

DE112015001241T5 - Analoge Rechenschaltung, Halbleitervorrichtung und elektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE112015001241T5
Application number: DE112015001241.9T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Ikeda; Shunpei Yamazaki; Yoshiyuki Kurokawa
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-11-24
Also published as: US10222848B2; JP6896121B2; JP2020115356A; TWI678688B; JP2021168140A; JP6526295B2; WO2015136401A1; TWI702583B; KR102367788B1; JP6678797B2; JP2018181358A; US20190265770A1; JP2019169165A; KR20210037011A; JP6357531B2; TWI650742B; TW201539411A; KR20160132895A; JP7095160B2; JPWO2015136401A1

Abstract

Der Stromverbrauch einer analogen Rechenschaltung wird verringert. Die analoge Rechenschaltung beinhaltet eine Vielzahl von ersten Schaltungen. Ein Ausgangsanschluss der k-ten (k ist eine natürliche Zahl) ersten Schaltung ist mit einem Eingangsanschluss der k + 1-ten ersten Schaltung verbunden. Jede der ersten Schaltungen beinhaltet eine Speicherschaltung, die ein analoges Signal hält, eine zweite Schaltung, die eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des analogen Signals ausführt, einen Schalter, der eine Stromzuführung zu der zweiten Schaltung steuert, und eine Steuerung. Der Leitungszustand des Schalters, der in der k-ten ersten Schaltung enthalten ist, wird durch die Steuerung gesteuert, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist. Die arithmetische Verarbeitung, die durch die zweite Schaltung ausgeführt wird, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist, wird durch die Steuerung gestartet, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist.

Description

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine analoge Rechenschaltung, die eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung eines analogen Signals ausführt. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft beispielsweise eine dynamisch rekonfigurierbare analoge Rechenschaltung. Des Weiteren betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung, bei der die vorstehende analoge Rechenschaltung verwendet wird.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehende technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet einer Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist, betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung (Zusammensetzung der Substanz). Daher können als konkrete Beispiele für das technische Gebiet einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart ist, eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine lichtemittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, ein Betriebsverfahren dafür und ein Herstellungsverfahren dafür angegeben werden.
Stand der Technik
Eine analoge Rechenschaltung, bei der analoge Daten, die von einer Eingabevorrichtung eingegeben werden, für eine arithmetische Verarbeitung verwendet werden, kann als Daten, die durch die arithmetische Verarbeitung erhalten werden, einen analogen Wert ausgeben. Deshalb braucht man nicht Daten in digitale Daten umzuwandeln, und daher ist eine DA-Wandlerschaltung oder dergleichen unnötig, die für die Datenumwandlung von einem analogen Wert in einen digitalen Wert notwendig ist. Außerdem wird davon ausgegangen, dass eine analoge Rechenschaltung einen Vorteil des niedrigen Stromverbrauchs hat, da ihre Fähigkeit zur Echtzeitdatenverarbeitung in großem Stile eine Verringerung des Stroms für die Datenübertragung ermöglicht.
Das folgende Patentdokument 1 offenbart eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der im Vergleich zu einer Rechenoperation mit digitalen Daten eine schnelle Rechenoperation mit geringem Strom durch eine analoge Rechenschaltung erzielt wird, bei der Spannung-Strom-Eigenschaften von MOS-Transistoren benutzt werden. Zudem offenbart das folgende Patentdokument 2 eine gemischt analoge/digitale Rechenschaltung. Sie beinhaltet eine Vielzahl von analogen Rechenschaltungen, einen Kondensator, der die Summe der Ergebnisse einer Rechenoperation als Menge an Ladung akkumuliert, einen Vergleicher bzw. Komparator, der die Menge an Ladung in ein entsprechendes Impulssignal umwandelt, eine Pulsbreiten-Digital-Wandlerschaltung, die das Impulssignal in ein digitales Signal umwandelt, und eine digitale Rechenschaltung, die den kumulierten Wert entsprechend dem digitalen Signal berechnet.
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-284762
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-122467

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Obwohl eine analoge Rechenschaltung einen Vorteil des niedrigen Stromverbrauchs gegenüber einer digitalen Rechenschaltung hat, ist für eine Halbleitervorrichtung mit niedrigerem Stromverbrauch eine weitere Verringerung des Stromverbrauchs der analogen Rechenschaltung erforderlich.
Angesichts des oben beschriebenen technischen Hintergrunds ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, den Stromverbrauch einer analogen Rechenschaltung zu verringern. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, den Stromverbrauch einer Halbleitervorrichtung, bei der die analoge Rechenschaltung verwendet wird, zu verringern.
Es sei angemerkt, dass es eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Halbleitervorrichtung oder dergleichen bereitzustellen. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben das Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht berührt. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht alle diese Aufgaben erfüllen muss. Es sei angemerkt, dass weitere Aufgaben aus der Erläuterung der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen ersichtlich werden; weitere Aufgaben können aus der Erläuterung der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen abgeleitet werden.
Mittel zur Lösung des Problems
Eine analoge Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vielzahl von ersten Schaltungen. Ein Ausgangsanschluss der k-ten (k ist eine natürliche Zahl) ersten Schaltung ist mit einem Eingangsanschluss der k + 1-ten ersten Schaltung verbunden. Jede der ersten Schaltungen beinhaltet eine Speicherschaltung, die ein analoges Signal hält, eine zweite Schaltung, die eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des analogen Signals ausführt, einen Schalter, der eine Stromzuführung zu der zweiten Schaltung steuert, und eine Steuerung. Der Leitungszustand des Schalters, der in der k-ten ersten Schaltung enthalten ist, wird durch die Steuerung gesteuert, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist. Die arithmetische Verarbeitung, die durch die zweite Schaltung ausgeführt wird, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist, wird durch die Steuerung gestartet, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist.
Bei der analogen Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner der Schalter einen Transistor umfassen, wobei der Transistor einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm aufweisen kann.
Bei der analogen Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner der Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn enthalten.
Wirkung der Erfindung
Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Verringerung des Stromverbrauchs einer analogen Rechenschaltung erzielt werden. Einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Verringerung des Stromverbrauchs einer Halbleitervorrichtung, bei der die analoge Rechenschaltung verwendet wird, erzielt werden.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine neuartige Halbleitervorrichtung oder dergleichen bereitstellen kann. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Wirkungen das Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht berührt. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht alle diese Wirkungen aufweisen muss. Es sei angemerkt, dass weitere Wirkungen aus der Erläuterung der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen ersichtlich werden; weitere Wirkungen können aus der Erläuterung der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen abgeleitet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer analogen Rechenschaltung darstellt.
[2] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Schaltung 11 darstellt.
[3] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Speicherschaltung darstellt.
[4] Schemata, die Konfigurationsbeispiele einer Steuerung und einer Verzögerungsschaltung darstellen.
[5] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Rechenschaltung und eines Schalters darstellt.
[6] Ein Zeitdiagramm, das die Arbeitsweise einer analogen Rechenschaltung darstellt.
[7] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel der Schaltung 11 darstellt.
[8] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuerung darstellt.
[9] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Rechenschaltung und eines Schalters darstellt.
[10] Ein Zeitdiagramm, das die Arbeitsweise einer analogen Rechenschaltung darstellt.
[11] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Rechenschaltung und eines Schalters darstellt.
[12] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Analogprozessors darstellt.
[13] Schemata, die jeweils ein Konfigurationsbeispiel einer Rechenschaltung und eines Schalters darstellen.
[14] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Rechenschaltung und eines Schalters darstellt.
[15] Schemata, die jeweils ein Konfigurationsbeispiel einer Rechenschaltung und eines Schalters darstellen.
[16] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Analogprozessors darstellt.
[17] Ein Schema, das ein Beispiel für die Arbeitsweise eines Analogprozessors darstellt.
[18] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel eines Analogspeichers darstellt.
[19] Schemata, die jeweils ein Konfigurationsbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellen.
[20] Ein Schema, das eine Querschnittsstruktur einer Halbleitervorrichtung darstellt.
[21] Schemata, die eine Struktur eines Transistors darstellen.
[22] Schemata, die eine Struktur eines Transistors darstellen.
[23] Ein Schema, das eine Querschnittsstruktur einer Halbleitervorrichtung darstellt.
[24] Ein Konfigurationsbeispiel einer Halbleitervorrichtung.
[25] Schemata von elektronischen Vorrichtungen.
Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist, und es wird von einem Fachmann leicht verstanden, dass die Modi und Einzelheiten auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher soll die vorliegende Erfindung nicht als auf den beschriebenen Inhalt der nachstehenden Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
Außerdem bedeutet eine Source eines Transistors einen Source-Bereich, der ein Teil eines als Aktivschicht dienenden Halbleiterfilms ist, oder eine Source-Elektrode, die mit dem Halbleiterfilm verbunden ist. In ähnlicher Weise bedeutet ein Drain eines Transistors einen Drain-Bereich, der ein Teil des Halbleiterfilms ist, oder eine Drain-Elektrode, die mit dem Halbleiterfilm verbunden ist. Ein Gate bedeutet zudem eine Gate-Elektrode.
Die Begriffe „Source” und „Drain” eines Transistors werden in Abhängigkeit von dem Leitungstyp des Transistors oder den Pegeln der Potentiale, die den Anschlüssen zugeführt werden, miteinander ausgetauscht. Im Allgemeinen wird bei einem n-Kanal-Transistor ein Anschluss, dem ein niedriges Potential zugeführt wird, als Source bezeichnet und wird ein Anschluss, dem ein hohes Potential zugeführt wird, als Drain bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird bei einem p-Kanal-Transistor ein Anschluss, dem ein niedriges Potential zugeführt wird, als Drain bezeichnet und wird ein Anschluss, dem ein hohes Potential zugeführt wird, als Source bezeichnet. In dieser Beschreibung wird die Verbindungsbeziehung eines Transistors mitunter der Einfachheit halber in der Annahme beschrieben, dass die Source und der Drain unveränderlich sind; tatsächlich sind die Bezeichnungen für die Source und den Drain in Abhängigkeit von der Beziehung der Potentiale austauschbar.
<Konfigurationsbeispiel einer analogen Rechenschaltung>
1 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel einer analogen Rechenschaltung 10 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Es sei angemerkt, dass das Blockschema Komponenten zeigt, die in unabhängige Blöcke entsprechend ihren Funktionen eingestuft sind; es kann jedoch in der Praxis schwierig sein, die Komponenten entsprechend ihren Funktionen vollständig zu trennen, und in einigen Fällen kann eine Komponente eine Vielzahl von Funktionen aufweisen.
Die analoge Rechenschaltung 10 beinhaltet eine Vielzahl von Schaltungen 11. 1 stellt ein Beispiel dar, bei dem die analoge Rechenschaltung 10m Schaltungen 11 beinhaltet, nämlich Schaltungen 11-1 bis 11-m (m ist eine natürliche Zahl von 3 oder größer). Des Weiteren ist ein Ausgangsanschluss Dout einer der Schaltungen 11 elektrisch mit einem Eingangsanschluss Din der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe verbunden. Zudem ist ein Ausgangsanschluss Rout einer der Schaltungen 11 elektrisch mit einem Eingangsanschluss Rin der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe verbunden. Zudem ist ein Ausgangsanschluss Aout einer der Schaltungen 11 elektrisch mit einem Eingangsanschluss Ain der Schaltung 11 der vorhergehenden Stufe verbunden.
Insbesondere ist ein Ausgangsanschluss Dout der k + 1-ten (k ist eine natürliche Zahl von m – 2 oder kleiner) Schaltung 11-k + 1 elektrisch mit einem Eingangsanschluss Din der k + 2-ten Schaltung 11-k + 2 verbunden. Zudem ist ein Ausgangsanschluss Rout der k + 1-ten Schaltung 11-k + 1 elektrisch mit einem Eingangsanschluss Rin der k + 2-ten Schaltung 11-k + 2 verbunden. Zudem ist ein Ausgangsanschluss Aout der k + 1-ten Schaltung 11-k + 1 elektrisch mit einem Eingangsanschluss Ain der k-ten Schaltung 11-k verbunden.
Jede der Schaltungen 11 beinhaltet zusätzlich eine Speicherschaltung 12 (MEM), eine Rechenschaltung 13 (OC), eine Steuerung 14 (CTRL) und einen Schalter 15. 2 stellt ein konkretes Konfigurationsbeispiel der Schaltung 11 dar.
Bei der in 2 dargestellten Schaltung 11 weist die Speicherschaltung 12 eine Funktion zum Halten eines analogen Signals datain auf, das von dem Eingangsanschluss Din eingegeben wird. Die Rechenschaltung 13 weist eine Funktion zum Erzeugen eines analogen Signals dataout durch eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des Signals datain auf, das in der Speicherschaltung 12 gehalten wird. Der Zeitpunkt, zu dem die arithmetische Verarbeitung gestartet wird, wird durch ein Signal reqin bestimmt, das von dem Eingangsanschluss Rin eingegeben wird. Das Signal dataout wird von dem Ausgangsanschluss Dout ausgegeben und als Signal datain in den Eingangsanschluss Din der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe eingegeben.
Die Steuerung 14 weist eine Funktion auf, nämlich dass sie gemäß dem Signal reqin, das von dem Eingangsanschluss Rin eingegeben wird, ein Signal reqout zum Bestimmen des Zeitpunktes erzeugt, zu dem die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13, die in der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe enthalten ist, gestartet wird. Das Signal reqout wird von dem Ausgangsanschluss Rout ausgegeben und als Signal reqin in den Eingangsanschluss Rin der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe eingegeben. Die Steuerung 14 weist ferner eine Funktion auf, nämlich dass sie gemäß dem Signal reqin, das von dem Eingangsanschluss Rin eingegeben wird, ein Signal ackout zum Steuern des Leitungszustandes des Schalters 15 erzeugt, der in der Schaltung 11 der vorhergehenden Stufe enthalten ist. Das Signal ackout wird von dem Ausgangsanschluss Aout ausgegeben und als Signal ackin in den Eingangsanschluss Ain der Schaltung 11 der vorhergehenden Stufe eingegeben.
Der Schalter 15 weist eine Funktion auf, nämlich dass er gemäß dem Signal ackin, das von dem Eingangsanschluss Ain eingegeben wird, die Zuführung eines Stroms (Leistung) zu der Rechenschaltung 13 steuert.
Bei der vorstehenden Konfiguration der in 1 dargestellten analogen Rechenschaltung 10 wird die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 der Schaltung 11-k + 1 durch das Signal reqin gestartet, das von der Schaltung 11-k in die Schaltung 11-k + 1 eingegeben wird. Dann wird die Eingabe des Signals reqin von der Schaltung 11-k in die Schaltung 11-k + 1 von einer Eingabe des Signals reqin von der Schaltung 11-k + 1 in die Schaltung 11-k + 2 gefolgt; demzufolge wird die arithmetische Verarbeitung auch in der Rechenschaltung 13 der Schaltung 11-k + 2 gestartet. Das heißt, dass bei der in 1 dargestellten analogen Rechenschaltung 10 die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 von der Schaltung 11-1 bis zu der Schaltung 11-m der Reihe nach ausgeführt wird.
Des Weiteren bewirkt bei der in 1 dargestellten analogen Rechenschaltung 10 die Eingabe des Signals reqin in die Schaltung 11-k + 1, dass die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 gestartet wird und dass das Signal ackout von der Schaltung 11-k + 1 in die Schaltung 11-k eingegeben wird. Bei der Schaltung 11-k wird der Leitungszustand des Schalters 15 durch das als Signal ackin eingegebene Signal ackout gesteuert, so dass die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 unterbrochen wird. Mit anderen Worten: Bei der in 1 dargestellten analogen Rechenschaltung 10 kann die Stromzuführung zu den Rechenschaltungen 13 in den Schaltungen 11 in der Reihenfolge des Abschlusses der arithmetischen Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 unterbrochen werden.
Die vorstehende Konfiguration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass der Schaltung 11, in der eine arithmetische Verarbeitung ausgeführt wird, ein Strom zugeführt wird, während die Stromzuführung zu den anderen Schaltungen 11 unterbrochen wird; somit kann der Stromverbrauch der analogen Rechenschaltung 10 verringert werden.
<Konfigurationsbeispiel der Speicherschaltung>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Speicherschaltung 12 beschrieben. 3 stellt ein Konfigurationsbeispiel der Speicherschaltung 12 dar.
Die in 3 dargestellte Speicherschaltung 12 beinhaltet einen Transistor 16, der als Schalter dient, und einen Kondensator 17. Der Leitungszustand des Transistors 16 wird durch das Potential eines Signals lat gesteuert, das einem Gate (G) des Transistors 16 zugeführt wird. Insbesondere entspricht ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 16 einem Eingangsanschluss IN, und der andere Anschluss von Source und Drain entspricht einem Ausgangsanschluss OUT. Des Weiteren ist eine Elektrode eines Paars von Elektroden des Kondensators 17 elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 16 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem vorbestimmten Potential versorgt wird.
Bei der Speicherschaltung 12 wird dann, wenn der Transistor 16 gemäß dem Potential des Signals lat eingeschaltet wird, das Signal datain, das von dem Eingangsanschluss IN eingegeben wird, dem Kondensator 17 über den Transistor 16 zugeführt. Folglich wird Ladung entsprechend dem Potential des Signals datain in dem Kondensator 17 akkumuliert; auf diese Weise wird das Signal datain in die Speicherschaltung 12 geschrieben. Es sei angemerkt, dass die Ladung, die in dem Kondensator 17 akkumuliert wird, durch das Potential des Signals datain bestimmt wird; deshalb kann die Speicherschaltung 12 das analoge Signal datain speichern. Anschließend wird der Transistor 16 gemäß dem Potential des Signals lat ausgeschaltet, so dass der Eingangsanschluss IN und der Kondensator 17 elektrisch voneinander getrennt werden. Folglich wird die in dem Kondensator 17 akkumulierte Ladung gehalten; auf diese Weise wird das Signal datain in der Speicherschaltung 12 gehalten. Dann wird das Signal datain, das in der Speicherschaltung 12 gehalten wird, von dem Ausgangsanschluss OUT ausgegeben.
Es sei angemerkt, dass der Sperrstrom des Transistors 16 vorzugsweise sehr niedrig ist, um zu verhindern, dass die in dem Kondensator 17 akkumulierte Ladung über den Transistor 16 abfließt. Ein Transistor, der durch einen Kanalbildungsbereich gekennzeichnet wird, der in einem Film aus einem Halbleiter mit einer größeren Bandlücke als Silizium und einer niedrigeren intrinsischen Ladungsträgerdichte als Silizium gebildet wird, kann einen sehr niedrigen Sperrstrom aufweisen und wird deshalb vorzugsweise als Transistor 16 verwendet. Beispiele für einen derartigen Halbleiter sind ein Oxidhalbleiter und Galliumnitrid, deren Bandlücken größer oder gleich dem Doppelten derjenigen von Silizium sind. Ein Transistor, der den vorstehenden Halbleiter enthält, kann einen viel niedrigeren Sperrstrom aufweisen als ein Transistor, der unter Verwendung eines normalen Halbleiters, wie z. B. Silizium oder Germanium, ausgebildet wird.
<Konfigurationsbeispiel der Steuerung>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Steuerung 14 beschrieben. 4(A) stellt ein Konfigurationsbeispiel der Steuerung 14 dar.
Die in 4(A) dargestellte Steuerung 14 beinhaltet Verzögerungsschaltungen 18a bis 18c. Die Verzögerungsschaltungen 18a bis 18c weisen jeweils eine Funktion zum Regulieren der Verzögerungszeit eines Eingangssignals auf. Insbesondere wird das Signal reqin, das von dem Eingangsanschluss Rin der in 2 dargestellten Schaltung 11 eingegeben wird, in einen Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 18a eingegeben. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der Verzögerungsschaltung 18a wird der Speicherschaltung 12 als Signal lat zugeführt. Zudem ist der Ausgangsanschluss der Verzögerungsschaltung 18a elektrisch mit einem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 18b und einem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 18c verbunden. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der Verzögerungsschaltung 18b wird als Signal reqout von dem Ausgangsanschluss Rout der in 2 dargestellten Schaltung 11 ausgegeben. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der Verzögerungsschaltung 18c wird als Signal ackout von dem Ausgangsanschluss Aout der in 2 dargestellten Schaltung 11 ausgegeben.
4(B) stellt ein konkretes Beispiel für die Schaltungskonfiguration einer Verzögerungsschaltung 18 dar, die als jede der Verzögerungsschaltungen 18a bis 18c verwendet werden kann. Die in 4(B) dargestellte Verzögerungsschaltung 18 beinhaltet einen Widerstand 19 und einen Kondensator 20. Ein Anschluss eines Paars von Anschlüssen des Widerstandes 19 entspricht einem Eingangsanschluss IN, und der andere entspricht einem Ausgangsanschluss OUT. Eine Elektrode eines Paars von Elektroden des Kondensators 20 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss des Paars von Anschlüssen des Widerstandes 19 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem vorbestimmten Potential versorgt wird.
Bei der in 4(B) dargestellten Verzögerungsschaltung 18 kann die Signalverzögerungszeit reguliert werden, indem der Widerstandswert des Widerstandes 19 und der Kapazitätswert des Kondensators 20 eingestellt werden.
4(C) stellt ein weiteres konkretes Beispiel für die Schaltungskonfiguration der Verzögerungsschaltung 18 dar. Die in 4(C) dargestellte Verzögerungsschaltung 18 beinhaltet 2n Inverter 21 (n ist eine natürliche Zahl), nämlich Inverter 21-1 bis 21-2n. Des Weiteren entspricht ein Eingangsanschluss des Inverters 21-1 dem Eingangsanschluss IN der Verzögerungsschaltung 18, und ein Ausgangsanschluss des Inverters 21-2n entspricht dem Ausgangsanschluss OUT der Verzögerungsschaltung 18. Zudem sind die Inverter 21-2 bis 21-(2n – 1) der Reihe nach elektrisch derart verbunden, dass ihre Eingangsanschlüsse jeweils elektrisch mit dem Ausgangsanschluss des Inverters 21 der vorhergehenden Stufe verbunden sind und dass ihre Ausgangsanschlüsse jeweils elektrisch mit dem Eingangsanschluss des Inverters 21 der nachfolgenden Stufe verbunden sind.
Bei der in 4(C) dargestellten Verzögerungsschaltung 18 kann die Signalverzögerungszeit reguliert werden, indem die Anzahl der Inverter 21 eingestellt wird. Bei der in 4(C) dargestellten Verzögerungsschaltung 18 kann alternativ die Signalverzögerungszeit reguliert werden, indem die Kanallänge eines für den Inverter 21 verwendeten Transistors eingestellt wird.
<Konfigurationsbeispiel 1 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben. 5 stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 dar.
Die in 5 dargestellte Rechenschaltung 13 beinhaltet p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, n-Kanal-Transistoren 25 bis 29 und einen Kondensator 30. Zudem ist in 5 ein Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 verbunden.
Der Transistor 22 und der Transistor 23 dienen als Stromspiegelschaltung. Die Transistoren 25 bis 27 dienen als Differenzschaltung. Der Transistor 24 und der Transistor 28 dienen als Verstärkerschaltung. Der Kondensator 30 weist eine Funktion zum Durchführen einer Phasenkompensation auf. Des Weiteren können die Transistoren 22 bis 28 und der Kondensator 30 eine Rolle eines Operationsverstärkers spielen. Jeder der Transistoren 27 und 28 dient auch als Stromquelle. Der Transistor 29 weist eine Funktion zum Steuern der Zuführung des Signals reqin zu den Stromquellen auf.
Insbesondere ist ein Anschluss von Source und Drain jedes der Transistoren 22 bis 24 elektrisch mit einer Leitung 31 verbunden, die mit einem hohen Potential VDD versorgt wird. Ein Gate des Transistors 22 ist elektrisch mit einem Gate des Transistors 23 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 22 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 22 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 23 ist elektrisch mit einem Gate des Transistors 24 und einer Elektrode des Kondensators 30 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 ist elektrisch mit der anderen Elektrode des Kondensators 30 verbunden, und als Signal dataout wird das Potential des anderen Anschlusses von Source und Drain des Transistors 24 von der Rechenschaltung 13 ausgegeben.
Zudem sind ein Anschluss von Source und Drain jedes der Transistoren 27 und 28 und ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 15t elektrisch mit einer Leitung 32 verbunden, die mit einem niedrigen Potential VSS versorgt wird. Ein Gate und ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 29 sind elektrisch miteinander verbunden, und das Signal reqin wird dem Gate zugeführt. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 29 und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 15t sind elektrisch mit Gates des Transistors 27 und des Transistors 28 verbunden. Ein Gate des Transistors 15t wird mit dem Signal ackin versorgt.
Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 27 ist elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain jedes der Transistoren 25 und 26 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 25 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 22 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 26 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 23 verbunden. Ein Gate des Transistors 25 und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 28 sind elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 verbunden. Ein Gate des Transistors 26 wird mit dem Signal datain versorgt.
Bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13 entspricht das Gate des Transistors 26 einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Operationsverstärkers. Zusätzlich entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers. Des Weiteren weist die in 5 dargestellte Rechenschaltung 13 die folgende Konfiguration auf: Das Gate des Transistors 25, das der invertierende Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers ist, ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 28 verbunden, welche einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers entsprechen. Daher dient die in 5 dargestellte Rechenschaltung 13 als Unity-Gain-Puffer bzw. Puffer mit Verstärkungsfaktor Eins.
Des Weiteren wird bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13 die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 gemäß dem Leitungszustand des Transistors 15t gesteuert. Insbesondere wird dann, wenn der Transistor 15t ausgeschaltet ist, die Gate-Spannung jedes der Transistoren 27 und 28 durch die Potentialdifferenz zwischen dem Potential des Signals reqin und dem Potential VSS bestimmt, und ein Strom, der der Gate-Spannung entspricht, wird der Rechenschaltung 13 zugeführt. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn der Transistor 15t eingeschaltet wird, jeder der Transistoren 27 und 28 ausgeschaltet, da die elektrische Verbindung zwischen dem Gate und einem Anschluss von Source und Drain erfolgt. Folglich wird die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 unterbrochen.
<Beispiel 1 für die Arbeitsweise der analogen Rechenschaltung>
Als Nächstes wird ein konkretes Beispiel für die Arbeitsweise der analogen Rechenschaltung 10, die die in 2 dargestellte Schaltung 11 beinhaltet, anhand des in 6 dargestellten Zeitdiagramms beschrieben. Es sei angemerkt, dass 6 ein Zeitdiagramm in dem Fall veranschaulicht, in dem die Speicherschaltung 12 in 3, die Steuerung 14 in 4(A) sowie die Rechenschaltung 13 und der Transistor 15t in 5 für die analoge Rechenschaltung 10 verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass in der schattierten Periode des Signals datain in dem in 6 dargestellten Zeitdiagramm das Signal datain einen analogen Wert aufweist. In ähnlicher Weise weist in der schattierten Periode des Signals dataout in dem in 6 dargestellten Zeitdiagramm das Signal dataout einen analogen Wert auf.
Wie in 6 dargestellt, ist das Potential des Signals reqin in einer Periode Δt von einem Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2 auf dem hohen Pegel, und das Potential des Signals reqin ist in den anderen Perioden auf dem niedrigen Pegel. Gemäß dem Signal reqin erzeugt ferner die Steuerung 14 das Signal lat, das Signal reqout und das Signal ackout.
Insbesondere veranschaulicht 6 ein Zeitdiagramm in dem Fall, in dem die Signalverzögerungszeit in der Verzögerungsschaltung 18a, die Signalverzögerungszeit in der Verzögerungsschaltung 18b und die Signalverzögerungszeit in der Verzögerungsschaltung 18c der in 4(A) dargestellten Steuerung 14 T1, T2 bzw. T3 sind. Dementsprechend ist in einer Periode Δt von einem Zeitpunkt t3, zu dem die Verzögerungszeit T1 seit dem Zeitpunkt t1 vergangen ist, bis zu einem Zeitpunkt t4 das Potential des Signals lat, das von der Steuerung 14 erzeugt wird, auf dem hohen Pegel, und das Potential ist in den anderen Perioden auf dem niedrigen Pegel.
In ähnlicher Weise ist in einer Periode Δt von einem Zeitpunkt t5, zu dem die Verzögerungszeit T2 seit dem Zeitpunkt t3 vergangen ist, bis zu einem Zeitpunkt t6 das Potential des Signals reqout, das von der Steuerung 14 erzeugt wird, auf dem hohen Pegel, und das Potential ist in den anderen Perioden auf dem niedrigen Pegel. In ähnlicher Weise ist in der Periode Δt von dem Zeitpunkt t5, zu dem die Verzögerungszeit T3 seit dem Zeitpunkt t3 vergangen ist, bis zum Zeitpunkt t6 das Potential des Signals ackout, das von der Steuerung 14 erzeugt wird, auf dem hohen Pegel, und das Potential ist in den anderen Perioden auf dem niedrigen Pegel.
Es sei angemerkt, dass in dem durch 6 veranschaulichten Zeitdiagramm die Verzögerungszeit T2 gleich der Verzögerungszeit T3 ist. Es ist auch möglich, die Längen der Verzögerungszeit T2 und der Verzögerungszeit T3 auf unterschiedliche Werte einzustellen.
Darüber hinaus wird in der Periode vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4, in der das Potential des Signals lat auf dem hohen Pegel ist, das Signal datain in die Speicherschaltung 12 geschrieben. Das geschriebene Signal datain wird dann der Rechenschaltung 13 zugeführt.
Zusätzlich ist, obwohl in 6 nicht dargestellt, das Potential des Signals ackin vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t6 auf dem niedrigen Pegel. Deshalb ist der Transistor 15t ausgeschaltet. Überdies wird dann, wenn das Potential des Signals reqin in der Periode Δt vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 auf den hohen Pegel eingestellt wird, der Transistor 29 in der Rechenschaltung 13 eingeschaltet. Demzufolge wird das Signal reqin den Gates des Transistors 27 und des Transistors 28 über den Transistor 29 zugeführt; ein Strom wird daher der Rechenschaltung 13 zugeführt. Die Rechenschaltung 13 erzeugt das Signal dataout durch eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des Signals datain.
Es sei angemerkt, dass das Potential des Signals reqout, das von der Steuerung 14 erzeugt wird, der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe als Signal reqin zugeführt wird; deshalb wird dann, wenn das Potential des Signals reqout auf den hohen Pegel eingestellt wird, die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 auch in der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe gestartet, und es wird die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 ausgeführt. Zudem wird das Potential des Signals ackout, das von der Steuerung 14 erzeugt wird, der Schaltung 11 der vorhergehenden Stufe als Signal ackin zugeführt; deshalb wird dann, wenn das Potential des Signals ackout auf den hohen Pegel eingestellt wird, die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 in der Schaltung 11 der vorhergehenden Stufe unterbrochen.
Es sei angemerkt, dass die Länge der Verzögerungszeit T1 vorzugsweise derart gewählt wird, dass die Zeit von dem Zeitpunkt t1, zu dem das Potential des Signals reqin zum hohen Pegel verändert wird, für die Rechenschaltung 13 lang genug ist, um zur arithmetischen Verarbeitung bereit zu werden. Die Länge der Verzögerungszeit T2 wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Zeit sichergestellt wird, die die Speicherschaltung 12 braucht, um das Signal datain zu halten. Die Länge der Verzögerungszeit T3 wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Zeit sichergestellt wird, die erforderlich ist, um die arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des Signals datain in der Rechenschaltung 13 abzuschließen und um das Potential des Signals dataout zu stabilisieren.
Die Länge der Periode Δt wird vorzugsweise derart gewählt, dass jeweils die folgenden Zeiten sichergestellt werden: die Zeit, die erforderlich ist, um in der Rechenschaltung 13 die Potentiale der Gates des Transistors 27 und des Transistors 28, welche als Stromquellen dienen, auf den hohen Pegel einzustellen; die Zeit, die erforderlich ist, um das Signal datain in die Speicherschaltung 12 zu schreiben; und die Zeit, die erforderlich ist, um die Potentiale der Gates des Transistors 27 und des Transistors 28, welche als Stromquellen dienen, auf den niedrigen Pegel einzustellen.
<Konfigurationsbeispiel der Schaltung 11>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Schaltung 11 mit einer Konfiguration beschrieben, die sich von derjenigen der in 2 dargestellten Schaltung 11 unterscheidet.
Die Schaltung 11, die in 7 dargestellt ist, beinhaltet die Rechenschaltung 13, die eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung von analogen Signalen datain[A] und datain[B] ausführt. Die in 7 dargestellte Schaltung 11 beinhaltet insbesondere eine Speicherschaltung 12a (MEM), eine Speicherschaltung 12b (MEM), die Rechenschaltung 13 (OC), die Steuerung 14 (CTRL), den Schalter 15, eine Verzögerungsschaltung 33 und eine Verzögerungsschaltung 34.
Die Speicherschaltung 12a weist eine Funktion auf, nämlich dass sie gemäß einem Signal lat[A] das Signal datain[A] hält, das von einem Eingangsanschluss Din[A] eingegeben wird. Die Speicherschaltung 12b weist eine Funktion auf, nämlich dass sie gemäß einem Signal lat[B] das Signal datain[B] hält, das von einem Eingangsanschluss Din[B] eingegeben wird. Die Rechenschaltung 13 weist eine Funktion auf, nämlich dass sie durch eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des Signals datain[A], das in der Speicherschaltung 12a gehalten wird, und des Signals datain[B], das in der Speicherschaltung 12b gehalten wird, das analoge Signal dataout erzeugt. Der Zeitpunkt, zu dem die arithmetische Verarbeitung gestartet wird, wird durch ein Signal reqin[A], das von einem Eingangsanschluss Rin[A] eingegeben wird, und durch ein Signal reqin[B] bestimmt, das von einem Eingangsanschluss Rin[B] eingegeben wird. Das Signal dataout wird von dem Ausgangsanschluss Dout ausgegeben und als Signal datain in den Eingangsanschluss Din der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe eingegeben.
Man kann das Konfigurationsbeispiel der in 3 dargestellten Speicherschaltung 12 auf die konkrete Konfiguration jeder der Speicherschaltungen 12a und 12b anwenden.
Die Steuerung 14 weist eine Funktion auf, nämlich dass sie gemäß dem Signal reqin[A], das von dem Eingangsanschluss Rin[A] eingegeben wird, und dem Signal reqin[B], das von dem Eingangsanschluss Rin[B] eingegeben wird, ein Signal reqout-pre erzeugt. Die Verzögerungsschaltung 33 weist eine Funktion auf, nämlich dass sie durch Verzögerung des Signals reqout-pre das Signal reqout zum Bestimmen des Zeitpunktes erzeugt, zu dem die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13, die in der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe enthalten ist, gestartet wird. Das Signal reqout wird von dem Ausgangsanschluss Rout ausgegeben und als Signal reqin in den Eingangsanschluss Rin der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe eingegeben. Die Steuerung 14 weist ferner eine Funktion auf, nämlich dass sie gemäß dem Signal reqin[A], das von dem Eingangsanschluss Rin[A] eingegeben wird, und dem Signal reqin[B], das von dem Eingangsanschluss Rin[B] eingegeben wird, ein Signal ackout[A] zum Steuern des Leitungszustandes des Schalters 15, der in einer Schaltung 11[A] der vorhergehenden Stufe der Schaltung 11 enthalten ist, und ein Signal ackout[B] zum Steuern des Leitungszustandes des Schalters 15 erzeugt, der in einer Schaltung 11[B] der vorhergehenden Stufe der Schaltung 11 enthalten ist. Das Signal ackout[A] wird von einem Ausgangsanschluss Aout[A] ausgegeben und als Signal ackin in den Eingangsanschluss Ain der Schaltung 11[A] der vorhergehenden Stufe eingegeben. Das Signal ackout[B] wird von einem Ausgangsanschluss Aout[B] ausgegeben und als Signal ackin in den Eingangsanschluss Ain der Schaltung 11[B] der vorhergehenden Stufe eingegeben.
Die Steuerung 14 weist ferner eine Funktion auf, nämlich dass sie gemäß dem Signal reqin[A] und dem Signal reqin[B] das Signal lat[A] bzw. das Signal lat[B] erzeugt. Das Signal lat[A] wird der Speicherschaltung 12a zugeführt, und das Signal lat[B] wird der Speicherschaltung 12b zugeführt.
Die Verzögerungsschaltung 34 weist eine Funktion auf, nämlich dass sie durch Verzögerung des Signals ackin, das von dem Eingangsanschluss Ain eingegeben wird, ein Signal ackin-pos erzeugt. Das Signal ackin weist eine Funktion zum Bestimmen des Zeitpunktes auf, zu dem das Potential des Ausgangsanschlusses Rout initialisiert wird. Zudem weist das Signal ackin-pos eine Funktion zum Steuern des Leitungszustandes des Schalters 15 auf. Der Schalter 15 weist eine Funktion auf, nämlich dass er gemäß dem Signal ackin-pos die Zuführung eines Stroms (Power) zu der Rechenschaltung 13 steuert.
Bei der vorstehenden Konfiguration wird das Signal reqin von der in 7 dargestellten Schaltung 11 in die Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe eingegeben, wodurch die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 in der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe gestartet wird. Daher wird bei einer analogen Rechenschaltung, bei der die in 7 dargestellte Schaltung 11 verwendet wird, wie bei der in 1 dargestellten analogen Rechenschaltung 10, die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 nacheinander in einer Vielzahl von Schaltungen 11 ausgeführt.
Zudem bewirkt die Eingabe des Signals reqin[A] und des Signals reqin[B] in die in 7 dargestellte Schaltung 11, dass die arithmetische Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 gestartet wird und das Signal ackout[A] und das Signal ackout[B] von der in 7 dargestellten Schaltung 11 in die Schaltung 11[A] bzw. die Schaltung 11[B] der vorhergehenden Stufe der in 7 dargestellten Schaltung 11 eingegeben wird. Bei der Schaltung 11[A] und der Schaltung 11[B] der vorhergehenden Stufe wird der Leitungszustand der Schalter 15 durch das Signal ackout[A] und das Signal ackout[B], welche in die entsprechenden Schaltungen eingegeben werden, gesteuert, so dass die Stromzuführung zu den Rechenschaltungen 13 unterbrochen wird. Mit anderen Worten: Bei der analogen Rechenschaltung, bei der die 7 dargestellte Schaltung 11 verwendet wird, kann, wie bei der in 1 dargestellten analogen Rechenschaltung 10, die Stromzuführung zu den Rechenschaltungen 13 in den Schaltungen 11 in der Reihenfolge des Abschlusses der arithmetischen Verarbeitung in der Rechenschaltung 13 unterbrochen werden.
Die vorstehende Konfiguration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass der Strom, der nur der Schaltung 11, in der eine arithmetische Verarbeitung ausgeführt wird, zugeführt wird, während die Stromzuführung zu den anderen Schaltungen 11 unterbrochen wird; somit kann der Stromverbrauch der analogen Rechenschaltung verringert werden.
<Konfigurationsbeispiel der Steuerung und der Verzögerungsschaltung>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Steuerung 14 und der Verzögerungsschaltung 33 beschrieben, welsche für die in 7 dargestellte Schaltung 11 verwendet werden. 8 stellt ein Konfigurationsbeispiel der Steuerung 14 und der Verzögerungsschaltung 33 dar.
Die in 8 dargestellte Steuerung 14 beinhaltet eine Schaltung 35a, die eine Funktion zum Erzeugen des Signals lat[A] und des Signals ackout[A] aus dem Signal reqin[A] aufweist, und eine Schaltung 35b, die eine Funktion zum Erzeugen des Signals lat[B] und des Signals ackout[B] aus dem Signal reqin[B] aufweist. Die Steuerung 14 beinhaltet ferner einen Transistor 37, einen Inverter 36 und einen Inverter 89.
Die in 8 dargestellte Steuerung 14 weist zusätzlich eine Funktion zum Erzeugen des Signals reqout-pre unter Verwendung des Signals reqin[A] und des Signals reqin[B] auf. Die Verzögerungsschaltung 33 erzeugt das Signal reqout, indem sie das Signal reqout-pre verzögert.
8 stellt insbesondere ein Beispiel dar, bei dem die Schaltung 35a und die Schaltung 35b jeweils eine Verzögerungsschaltung 38, eine Verzögerungsschaltung 39, eine UND-Schaltung 40 und n-Kanal-Transistoren 41 bis 43 beinhalten. Bei der Schaltung 35a wird das Signal reqin[A] einem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 38 und einem ersten Eingangsanschluss der UND-Schaltung 40 zugeführt. Zudem ist ein Ausgangsanschluss der Verzögerungsschaltung 38 elektrisch mit einem zweiten Eingangsanschluss der UND-Schaltung 40 und einem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 39 verbunden. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der UND-Schaltung 40 wird als Signal lat[A] ausgegeben. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der Verzögerungsschaltung 39 wird als Signal ackout[A] ausgegeben. Zudem ist der Ausgangsanschluss der Verzögerungsschaltung 39 elektrisch mit einem Gate des Transistors 41 und einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 41 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 41 ist elektrisch mit einem Gate des Transistors 42 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 43 ist elektrisch mit einer Leitung 84 verbunden, die mit einem niedrigen Potential versorgt wird, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 42 verbunden.
Bei der Schaltung 35b wird das Signal reqin[B] einem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 38 und einem ersten Eingangsanschluss der UND-Schaltung 40 zugeführt. Zudem ist ein Ausgangsanschluss der Verzögerungsschaltung 38 elektrisch mit einem zweiten Eingangsanschluss der UND-Schaltung 40 und einem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 39 verbunden. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der UND-Schaltung 40 wird als Signal lat[B] ausgegeben. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der Verzögerungsschaltung 39 wird als Signal ackout[B] ausgegeben. Zudem ist der Ausgangsanschluss der Verzögerungsschaltung 39 elektrisch mit einem Gate des Transistors 41 und einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 41 verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 41 ist elektrisch mit einem Gate des Transistors 42 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 43 ist elektrisch mit der Leitung 84 verbunden, die mit einem niedrigen Potential versorgt wird, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 42 verbunden.
Des Weiteren sind der Transistor 42, der in der Schaltung 35a enthalten ist, und der Transistor 42, der in der Schaltung 35b enthalten ist, elektrisch in Reihe geschaltet. Insbesondere ist ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 42, der in der Schaltung 35b enthalten ist, elektrisch mit einer Leitung 82 verbunden, die mit einem niedrigen Potential versorgt wird, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 42 in der Schaltung 35a verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 42 in der Schaltung 35a ist elektrisch mit einem Eingangsanschluss des Inverters 36 verbunden.
Zudem sind ein Gate des Transistors 43, der in der Schaltung 35a enthalten ist, und ein Gate des Transistors 43, der in der Schaltung 35b enthalten ist, elektrisch mit einem Eingangsanschluss des Inverters 89 verbunden. Zudem ist ein Ausgangsanschluss des Inverters 89 elektrisch mit einem Gate des Transistors 37 verbunden. Das Signal ackin wird außerdem dem Eingangsanschluss des Inverters 89 zugeführt. Zudem ist ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 37 elektrisch mit einer Leitung 83 verbunden, die mit einem hohen Potential versorgt wird, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit dem Eingangsanschluss des Inverters 36 verbunden.
Das Potential eines Ausgangsanschlusses des Inverters 36 wird als Signal reqout-pre von der Steuerung 14 ausgegeben. Des Weiteren ist der Ausgangsanschluss des Inverters 36 elektrisch mit einem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 33 verbunden, und das Signal reqout-pre wird dem Eingangsanschluss der Verzögerungsschaltung 33 zugeführt. Das Potential eines Ausgangsanschlusses der Verzögerungsschaltung 33 wird als Signal reqout ausgegeben.
<Konfigurationsbeispiel 2 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben, welche für die in 7 dargestellte Schaltung 11 verwendet werden. 9 stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 dar.
Wie die in 5 dargestellte Rechenschaltung 13, beinhaltet die in 9 dargestellte Rechenschaltung 13 die p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, die n-Kanal-Transistoren 25 bis 28 und den Kondensator 30. Zudem ist, wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, der Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 in 9 verbunden. Darüber hinaus unterscheidet sich die in 9 dargestellte Rechenschaltung 13 von der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13 darin, dass n-Kanal-Transistoren 29a und 29b bereitgestellt sind.
Wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, dienen ferner der Transistor 22 und der Transistor 23 in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 als Stromspiegelschaltung. Wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, dienen zudem die Transistoren 25 bis 27 in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 als Differenzschaltung. Wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, dienen zudem der Transistor 24 und der Transistor 28 in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 als Verstärkerschaltung. Wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, weist zudem der Kondensator 30 in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 eine Funktion zum Durchführen einer Phasenkompensation auf. Wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, können ferner die Transistoren 22 bis 28 und der Kondensator 30 in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 eine Rolle eines Operationsverstärkers spielen. Wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, dient jeder der Transistoren 27 und 28 in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 auch als Stromquelle.
Der Transistor 29a weist ferner eine Funktion zum Steuern der Zuführung des Signals reqin[A] zu den Stromquellen auf. In ähnlicher Weise weist der Transistor 29b eine Funktion zum Steuern der Zuführung des Signals reqin[B] zu den Stromquellen auf.
Eine konkrete Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator ist im Wesentlichen gleich derjenigen der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13. Bezüglich der Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator werden Unterschiede zwischen der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 und der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13 nachstehend beschrieben.
Bei der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 sind ein Gate und ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 29a elektrisch miteinander verbunden, und das Signal reqin[A] wird dem Gate zugeführt. In ähnlicher Weise sind ein Gate und ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 29b elektrisch miteinander verbunden, und das Signal reqin[B] wird dem Gate zugeführt. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 29a und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 29b sind elektrisch mit den Gates des Transistors 27 und des Transistors 28 verbunden.
Des Weiteren entspricht das Gate des Transistors 26 einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Operationsverstärkers, und das Signal datain[A] wird dem Gate zugeführt. Zudem entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers, und das Signal datain[B] wird dem Gate zugeführt.
Des Weiteren wird bei der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 gemäß dem Leitungszustand des Transistors 15t gesteuert. Insbesondere wird dann, wenn der Transistor 15t ausgeschaltet ist, die Gate-Spannung jedes der Transistoren 27 und 28 durch die Potentialdifferenz zwischen dem Potential des Signals reqin[A] oder des Signals reqin[B] und dem Potential VSS bestimmt, und ein Strom, der der Gate-Spannung entspricht, wird der Rechenschaltung 13 zugeführt. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn der Transistor 15t eingeschaltet wird, jeder der Transistoren 27 und 28 ausgeschaltet, da die elektrische Verbindung zwischen dem Gate und einem Anschluss von Source und Drain erfolgt. Folglich wird die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 unterbrochen.
<Beispiel 2 für die Arbeitsweise der analogen Rechenschaltung>
Als Nächstes wird ein konkretes Beispiel für die Arbeitsweise der analogen Rechenschaltung, die die in 7 dargestellte Schaltung 11 beinhaltet, anhand des in 10 dargestellten Zeitdiagramms beschrieben. Es sei angemerkt, dass 10 ein Zeitdiagramm in dem Fall veranschaulicht, in dem die Speicherschaltung 12 in 3 als jede der Speicherschaltungen 12a und 12b verwendet wird und in dem die Steuerung 14 in 8 sowie die Rechenschaltung 13 und der Transistor 15t in 9 für die in 7 dargestellte Schaltung 11 verwendet werden.
In dem durch 10 veranschaulichten Zeitdiagramm sind zudem die Signalverzögerungszeit in den Verzögerungsschaltungen 38 und die Signalverzögerungszeit in den Verzögerungsschaltungen 39 der in 8 dargestellten Steuerung 14 T1 bzw. T2, ist die Signalverzögerungszeit in der Verzögerungsschaltung 33 T4 und ist die Signalverzögerungszeit in der in 7 dargestellten Verzögerungsschaltung 34 T3. Zusätzlich veranschaulicht 10 ein Zeitdiagramm in dem Fall, in dem es sich bei dem Transistor 37 um einen p-Kanal-Transistor handelt.
Es sei angemerkt, dass in der schattierten Periode des Signals datain[A] in dem in 10 dargestellten Zeitdiagramm das Signal datain[A] einen analogen Wert aufweist. In ähnlicher Weise weist in der schattierten Periode des Signals datain[B] in dem in 10 dargestellten Zeitdiagramm das Signal datain[B] einen analogen Wert auf. In ähnlicher Weise weist in der schattierten Periode des Signals dataout in dem in 10 dargestellten Zeitdiagramm das Signal dataout einen analogen Wert auf.
Wie in 10 dargestellt, wird dann, wenn das Potential des Signals reqin[A] zu einem Zeitpunkt t1 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geschaltet wird, das Potential des Signals lat[A] zu einem Zeitpunkt t2, zu dem die Verzögerungszeit T1 seit dem Zeitpunkt t1 vergangen ist, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert. Zusätzlich wird das Potential des Signals ackout[A] zu einem Zeitpunkt t3, zu dem die Verzögerungszeit T1 und die Verzögerungszeit T2 seit dem Zeitpunkt t1 vergangen sind, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert. Des Weiteren wird dann, wenn das Potential des Signals ackout[A] zum hohen Pegel verändert wird, dasjenige des Signals reqout, das von der Schaltung 11[A] der vorhergehenden Stufe der in 7 dargestellten Schaltung 11 erzeugt wird, zum niedrigen Pegel verändert; dementsprechend wird das Potential des Signals reqin[A], das in die in 7 dargestellte Schaltung 11 eingegeben wird, zum Zeitpunkt t3 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert. Zum Zeitpunkt t3 wird folglich das Potential des Signals lat[A] vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert.
In der Periode vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3, in der das Potential des Signals lat[A] auf dem hohen Pegel ist, wird das Signal datain[A] in die Speicherschaltung 12a geschrieben. Das geschriebene Signal datain[A] wird dann der Rechenschaltung 13 zugeführt.
Zudem wird zu einem Zeitpunkt t4, zu dem die Verzögerungszeit T3 seit dem Zeitpunkt t3 vergangen ist, zu dem das Potential des Signals ackout[A] vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird, die Zuführung des Signals datain[A] von der Schaltung 11[A] der vorhergehenden Stufe der in 7 dargestellten Schaltung 11 zu der in 7 dargestellten Schaltung 11 unterbrochen. Dann wird das Potential des Signals ackout[A] zu einem Zeitpunkt t6, zu dem die Verzögerungszeit T1 und die Verzögerungszeit T2 seit dem Zeitpunkt t3 vergangen sind, vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert.
Zusätzlich wird in dem durch 10 veranschaulichten Zeitdiagramm das Potential des Signals reqin[B] zum oder nach dem Zeitpunkt t4 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geschaltet. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Zeitpunkt, zu dem das Potential des Signals reqin[B] vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geschaltet wird, nicht notwendigerweise zum oder nach dem Zeitpunkt t4 und kann beispielsweise vor dem Zeitpunkt t4 sein.
In dem durch 10 veranschaulichten Zeitdiagramm wird das Potential des Signals reqin[B] zum Zeitpunkt t4 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geschaltet. Wenn das Potential des Signals reqin[B] zum Zeitpunkt t4 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel geschaltet wird, wird das Potential des Signals lat[B] zu einem Zeitpunkt t5, zu dem die Verzögerungszeit T1 seit dem Zeitpunkt t4 vergangen ist, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert. Zusätzlich wird das Potential des Signals ackout[B] zu einem Zeitpunkt t7, zu dem die Verzögerungszeit T1 und die Verzögerungszeit T2 seit dem Zeitpunkt t4 vergangen sind, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert. Des Weiteren wird dann, wenn das Potential des Signals ackout[B] zum hohen Pegel verändert wird, dasjenige des Signals reqout, das von der Schaltung 11[B] der vorhergehenden Stufe der in 7 dargestellten Schaltung 11 erzeugt wird, zum niedrigen Pegel verändert; dementsprechend wird das Potential des Signals reqin[B], das in die in 7 dargestellte Schaltung 11 eingegeben wird, zum Zeitpunkt t7 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert. Zum Zeitpunkt t7 wird folglich das Potential des Signals lat[B] vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert.
In der Periode vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t7, in der das Potential des Signals lat[B] auf dem hohen Pegel ist, wird das Signal datain[B] in die Speicherschaltung 12b geschrieben. Das geschriebene Signal datain[B] wird dann der Rechenschaltung 13 zugeführt.
Zudem wird zu einem Zeitpunkt t8, zu dem die Verzögerungszeit T3 seit dem Zeitpunkt t7 vergangen ist, zu dem das Potential des Signals ackout[B] vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird, die Zuführung des Signals datain[B] von der Schaltung 11[B] der vorhergehenden Stufe der in 7 dargestellten Schaltung 11 zu der in 7 dargestellten Schaltung 11 unterbrochen. Dann wird das Potential des Signals ackout[B] zu einem Zeitpunkt t10, zu dem die Verzögerungszeit T1 und die Verzögerungszeit T2 seit dem Zeitpunkt t7 vergangen sind, vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert.
Bei der in 8 dargestellten Schaltung 35a wird ferner dann, wenn das Potential des Signals ackout[A] auf den hohen Pegel erhöht wird, das Signal ackout[A] dem Gate des Transistors 42 über den Transistor 41 zugeführt, so dass der Transistor 42 eingeschaltet wird. Indem der Transistor 41 ausgeschaltet wird, wird das Potential des Gates des Transistors 42 gehalten, selbst nachdem das Potential des Signals ackout[A] zum niedrigen Pegel verändert worden ist; deshalb bleibt der Transistor 42 im Durchlasszustand. Ebenfalls wird bei der in 8 dargestellten Schaltung 35b dann, wenn das Potential des Signals ackout[B] auf den hohen Pegel erhöht wird, das Signal ackout[B] dem Gate des Transistors 42 über den Transistor 41 zugeführt, so dass der Transistor 42 eingeschaltet wird. Indem der Transistor 41 ausgeschaltet wird, wird das Potential des Gates des Transistors 42 gehalten, selbst nachdem das Potential des Signals ackout[B] zum niedrigen Pegel verändert worden ist; deshalb bleibt der Transistor 42 im Durchlasszustand.
In dem in 10 dargestellten Zeitdiagramm werden sowohl der Transistor 42 in der Schaltung 35a als auch der Transistor 42 in der Schaltung 35b zu dem Zeitpunkt t7 eingeschaltet, zu dem das Potential des Signals ackout[B] zum hohen Pegel verändert wird. Dementsprechend wird das niedrige Potential der Leitung 82 dem Eingangsanschluss des Inverters 36 zugeführt, so dass das Potential des Ausgangsanschlusses des Inverters 36 vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird. Das Potential des Ausgangsanschlusses des Inverters 36 wird als Signal reqout-pre in die Verzögerungsschaltung 33 eingegeben. Die Verzögerungsschaltung 33 erzeugt das Signal reqout, indem sie das Signal reqout-pre um die Verzögerungszeit T4 verzögert. Folglich wird das Potential des Signals reqout zu einem Zeitpunkt t9, zu dem die Verzögerungszeit T4 seit dem Zeitpunkt t7 vergangen ist, zu dem das Potential des Signals ackout[B] vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert.
Wenn das Potential des Signals reqout vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird, wird bei der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe der in 7 dargestellten Schaltung 11 das Potential des Signals ackout, das von der Steuerung 14 erzeugt wird, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert, nachdem die Verzögerungszeit T1 und die Verzögerungszeit T2 vergangen sind. Dann wird das Signal ackout, das in der Schaltung 11 der nachfolgenden Stufe erzeugt wird, der in 7 dargestellten Schaltung 11 als Signal ackin zugeführt. Dementsprechend wird das Potential des Signals ackin zu einem Zeitpunkt t11, zu dem die Verzögerungszeit T1 und die Verzögerungszeit T2 seit dem Zeitpunkt t9 vergangen sind, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert.
Wenn das Signal ackin vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird, wird der Leitungszustand des Transistors 37 von EIN zu AUS verändert. Zudem werden die beiden Transistoren 43, die in der Schaltung 35a und der Schaltung 35b enthalten sind, eingeschaltet. Demzufolge wird das niedrige Potential der Leitung 84 den Gates der Transistoren 42, die in der Schaltung 35a und der Schaltung 35b enthalten sind, zugeführt, so dass die beiden Transistoren 42 ausgeschaltet werden.
Zudem wird, indem das Potential des Signals ackin zum Zeitpunkt t11 vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird, das Potential des Signals ackin-pos zu einem Zeitpunkt t12, zu dem die Verzögerungszeit T3 seit dem Zeitpunkt t11 vergangen ist, vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert. Durch die vorstehenden Vorgänge wird der Transistor 15t zum Zeitpunkt t12 eingeschaltet, so dass die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 unterbrochen wird. Die Rechenschaltung 13 erzeugt das Signal dataout durch eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des Signals datain[A] und des Signals datain[B].
Anschließend wird das Potential des Signals ackin zu einem Zeitpunkt t13 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert, wodurch das Potential des Signals ackin-pos zu einem Zeitpunkt t14, zu dem die Verzögerungszeit T3 seit dem Zeitpunkt t13 vergangen ist, vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel verändert wird. Durch die vorstehenden Vorgänge wird der Transistor 15t zum Zeitpunkt t14 ausgeschaltet, so dass die Stromzuführung zu der Rechenschaltung 13 angefangen wird.
Es sei angemerkt, dass die Länge der Verzögerungszeit T1 vorzugsweise derart gewählt wird, dass die Zeit von dem Zeitpunkt t12, zu dem das Potential des Signals ackin-pos vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel verändert wird, für die Rechenschaltung 13 lang genug ist, um zur arithmetischen Verarbeitung bereit zu werden. Die Länge der Verzögerungszeit T2 wird vorzugsweise derart gewählt, dass sowohl die Zeit, die erforderlich ist, um das Signal datain[A] in die Speicherschaltung 12a zu schreiben, als auch die Zeit, die erforderlich ist, um das Signal datain[B] in die Speicherschaltung 12b zu schreiben, sichergestellt werden. Die Länge der Verzögerungszeit T3 wird vorzugsweise derart gewählt, dass sowohl die Zeit, die die Speicherschaltung 12a braucht, um das Signal datain[A] zu halten, als auch die Zeit, die die Speicherschaltung 12b braucht, um das Signal datain[B] zu halten, sichergestellt werden. Die Länge der Verzögerungszeit T4 wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Zeit sichergestellt wird, die erforderlich ist, um die arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des Signals datain[A] und des Signals datain[B] in der Rechenschaltung 13 abzuschließen und um das Potential des Signals dataout zu stabilisieren.
<Konfigurationsbeispiel 3 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben, das sich von den in 5 und 9 dargestellten Konfigurationen der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 unterscheidet. 11 stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 dar.
Wie die in 5 dargestellte Rechenschaltung 13, beinhaltet die in 11 dargestellte Rechenschaltung 13 die p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, die n-Kanal-Transistoren 25 bis 29 und den Kondensator 30. Zudem ist, wie bei der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13, der Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 in 11 verbunden.
Eine konkrete Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator in der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13 ist im Wesentlichen gleich derjenigen in der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13. Bezüglich der Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator werden Unterschiede zwischen der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13 und der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13 nachstehend beschrieben.
Bei der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13 entspricht das Gate des Transistors 26 einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) eines Operationsverstärkers und ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem Bezugspotential versorgt wird. Zudem entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers und wird mit dem Signal datain versorgt.
<Konfigurationsbeispiel eines Analogprozessors>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel eines Analogprozessors 85 als Beispiel für eine Halbleitervorrichtung beschrieben, bei der die analoge Rechenschaltung 10 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Der Analogprozessor 85, der in 12 dargestellt ist, beinhaltet die analoge Rechenschaltung 10, eine I/O-Schnittstelle 86 (I/O) und einen Analogspeicher 87. Die I/O-Schnittstelle 86 weist eine Funktion zum Steuern eines Signals, das von einer externen Schaltung des Analogprozessors 85 eingegeben wird, oder eines Signals auf, das an die externe Schaltung ausgegeben wird. Der Analogspeicher 87 weist eine Funktion zum Speichern von analogen Daten auf, die durch die arithmetische Verarbeitung erhalten werden, die in der analogen Rechenschaltung 10 ausgeführt wird.
16 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 12 dargestellten Analogprozessors 85. Die analoge Rechenschaltung 10 beinhaltet eine Vielzahl von Schaltungen 11. Signalübertragungspfade zwischen der Vielzahl von Schaltungen 11 können im Voraus durch Leitungen oder dergleichen, die zwischen der Vielzahl von Schaltungen 11 bereitgestellt sind, bestimmt werden. Überdies kann bei dem Analogprozessor 85 die Stromzuführung zu der Rechenschaltung in der Schaltung 11, in der die arithmetische Verarbeitung nicht ausgeführt wird, unterbrochen werden. 16 stellt den Zustand dar, in dem die arithmetische Verarbeitung in keiner Schaltung 11 ausgeführt wird und die Stromzuführung zu den Rechenschaltungen unterbrochen wird.
17 stellt schematisch den Zustand des Analogprozessors 85 dar, bei dem die arithmetische Verarbeitung in einigen Schaltungen 11 ausgeführt wird. In 17 wird, wie Pfeile zeigen, die arithmetische Verarbeitung nacheinander von der Schaltung 11a bis zu der Schaltung 11h der Vielzahl von Schaltungen 11 ausgeführt. Bei dem Analogprozessor 85 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Strom den Rechenschaltungen in den Schaltungen 11 zugeführt, in denen die arithmetische Verarbeitung ausgeführt wird, und die Stromzuführung zu den Rechenschaltungen wird in den Schaltungen 11 in der Reihenfolge des Abschlusses der arithmetischen Verarbeitung unterbrochen.
<Konfigurationsbeispiel des Analogspeichers>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel des Analogspeichers 87 beschrieben, der in dem in 12 dargestellten Analogprozessor 85 enthalten ist.
18 stellt ein Konfigurationsbeispiel des Analogspeichers 87 dar. Der in 18 dargestellte Analogspeicher 87 beinhaltet eine Speicherzelle 60 und eine Leseschaltung 64. Die Speicherzelle 60 beinhaltet einen Transistor 61, einen Transistor 62 und einen Kondensator 63. Ein Gate des Transistors 61 ist elektrisch mit einer Leitung WL verbunden. Zusätzlich ist ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 61 elektrisch mit einer Leitung BL verbunden, in die ein analoges Signal eingegeben wird, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit einem Gate des Transistors 62 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 62 ist elektrisch mit der Leitung BL verbunden, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit einer Leitung RL verbunden. Eine Elektrode des Kondensators 63 ist elektrisch mit einer Leitung SL verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 62 verbunden.
Es sei angemerkt, dass der Sperrstrom des Transistors 61 vorzugsweise sehr niedrig ist, um zu verhindern, dass die in dem Kondensator 63 akkumulierte Ladung über den Transistor 61 abfließt. Ein Transistor, der durch einen Kanalbildungsbereich gekennzeichnet wird, der in einem Film aus einem Halbleiter mit einer größeren Bandlücke als Silizium und einer niedrigeren intrinsischen Ladungsträgerdichte als Silizium gebildet wird, kann einen sehr niedrigen Sperrstrom aufweisen und wird deshalb vorzugsweise als Transistor 61 verwendet. Beispiele für einen derartigen Halbleiter sind ein Oxidhalbleiter und Galliumnitrid, deren Bandlücken größer oder gleich dem Doppelten derjenigen von Silizium sind. Ein Transistor, der den vorstehenden Halbleiter enthält, kann einen viel niedrigeren Sperrstrom aufweisen als ein Transistor, der unter Verwendung eines normalen Halbleiters, wie z. B. Silizium oder Germanium, ausgebildet wird.
Bei dem in 18 dargestellten Beispiel beinhaltet zudem die Leseschaltung 64 n-Kanal-Transistoren 65 bis 70 und einen Kondensator 71. Insbesondere ist ein Anschluss von Source und Drain jedes der Transistoren 68 und 69 elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem niedrigen Potential versorgt wird. Zusätzlich sind Gates des Transistors 68 und des Transistors 69 elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem Vorspannungspotential (bias) versorgt wird. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 68 ist elektrisch mit der Leitung RL verbunden. Der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 69 ist elektrisch mit einem Gate des Transistors 70 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 70 ist elektrisch mit der Leitung RL verbunden, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit Gates des Transistors 65 und des Transistors 66 verbunden.
Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 65 ist elektrisch mit der Leitung BL und einem Gate des Transistors 67 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 66 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 66 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 67 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 70 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain jedes der Transistoren 65 bis 67 ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem hohen Potential versorgt wird. Eine Elektrode des Kondensators 71 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 70 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 67 verbunden. Des Weiteren wird das Potential des Gates des Transistors 70 als Ausgangssignal von dem Ausgangsanschluss OUT ausgegeben.
Bei dem in 18 dargestellten Analogspeicher 87 bilden der Transistor 62 und die Leseschaltung 64 einen Spannungsfolger. Darüber hinaus dient der Spannungsfolger als Impedanzwandler zum Lesen eines analogen Signals, das an dem Gate des Transistors 62 anliegt.
<Konfigurationsbeispiel 4 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben, das sich von den in 5, 9 und 11 dargestellten Konfigurationen der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 unterscheidet. 13(A) stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13, die als Subtraktionsschaltung dient, und des Schalters 15 dar.
Wie die in 9 dargestellte Rechenschaltung 13, beinhaltet die in 13(A) dargestellte Rechenschaltung 13 die p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, die n-Kanal-Transistoren 25 bis 28, die n-Kanal-Transistoren 29a und 29b sowie den Kondensator 30. Zudem ist, wie bei der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13, der Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 in 13(A) verbunden.
Die in 13(A) dargestellte Rechenschaltung 13 beinhaltet ferner einen Widerstand 88 und Widerstände 44 bis 46.
Eine konkrete Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator in der in 13(A) dargestellten Rechenschaltung 13 ist im Wesentlichen gleich derjenigen in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13. Bezüglich der Verbindungsbeziehung zwischen den Elementen werden Unterschiede zwischen der in 13(A) dargestellten Rechenschaltung 13 und der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 nachstehend beschrieben.
Bei der in 13(A) dargestellten Rechenschaltung 13 entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) eines Operationsverstärkers und wird mit dem Signal datain[B] über den Widerstand 88 versorgt. Zudem ist das Gate des Transistors 25 über den Widerstand 44 elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 28 verbunden, welche einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers entsprechen. Zudem entspricht das Gate des Transistors 26 einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Operationsverstärkers und wird mit dem Signal datain[A] über den Widerstand 45 versorgt. Zudem ist das Gate des Transistors 26 über den Widerstand 45 und den Transistor 46, welche in Reihe geschaltet sind, elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem Bezugspotential versorgt wird.
<Konfigurationsbeispiel 5 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben, das sich von den in 5, 9, 11 und 13(A) dargestellten Konfigurationen der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 unterscheidet. 13(B) stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13, die als logarithmische Wandlerschaltung dient, und des Schalters 15 dar.
Wie die in 11 dargestellte Rechenschaltung 13, beinhaltet die in 13(B) dargestellte Rechenschaltung 13 die p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, die n-Kanal-Transistoren 25 bis 29 und den Kondensator 30. Zudem ist, wie bei der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13, der Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 in 13(B) verbunden.
Die in 13(B) dargestellte Rechenschaltung 13 beinhaltet ferner einen Widerstand 47, einen Widerstand 48 und eine Diode 49.
Eine konkrete Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator in der in 13(B) dargestellten Rechenschaltung 13 ist im Wesentlichen gleich derjenigen in der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13. Bezüglich der Verbindungsbeziehung zwischen den Elementen werden Unterschiede zwischen der in 13(B) dargestellten Rechenschaltung 13 und der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13 nachstehend beschrieben.
Bei der in 13(B) dargestellten Rechenschaltung 13 sind der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 28, welche einem Ausgangsanschluss eines Operationsverstärkers entsprechen, elektrisch mit einem Anschluss des Widerstandes 48 verbunden, und das Potential des anderen Anschlusses des Widerstandes 48 wird als Signal dataout von der Rechenschaltung 13 ausgegeben. Zudem entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers und wird mit dem Signal datain über den Widerstand 47 versorgt. Zudem ist das Gate des Transistors 25 elektrisch mit einer Anode der Diode 49 verbunden, und eine Kathode der Diode 49 ist elektrisch dem anderen Anschluss des Widerstandes 48 verbunden.
<Konfigurationsbeispiel 6 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben, das sich von den in 5, 9, 11 und 13 dargestellten Konfigurationen der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 unterscheidet. 14 stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13, die als antilogarithmische bzw. Entlogarithmier-Wandlerschaltung dient, und des Schalters 15 dar.
Wie die in 11 dargestellte Rechenschaltung 13, beinhaltet die in 14 dargestellte Rechenschaltung 13 die p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, die n-Kanal-Transistoren 25 bis 29 und den Kondensator 30. Zudem ist, wie bei der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13, der Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 in 14 verbunden.
Die in 14 dargestellte Rechenschaltung 13 beinhaltet ferner einen Widerstand 51, einen Widerstand 52 und eine Diode 50.
Eine konkrete Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator in der in 14 dargestellten Rechenschaltung 13 ist im Wesentlichen gleich derjenigen in der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13. Bezüglich der Verbindungsbeziehung zwischen den Elementen werden Unterschiede zwischen der in 14 dargestellten Rechenschaltung 13 und der in 11 dargestellten Rechenschaltung 13 nachstehend beschrieben.
Bei der in 14 dargestellten Rechenschaltung 13 sind der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 28, welche einem Ausgangsanschluss eines Operationsverstärkers entsprechen, elektrisch mit einem Anschluss des Widerstandes 52 verbunden, und das Potential des anderen Anschlusses des Widerstandes 52 wird als Signal dataout von der Rechenschaltung 13 ausgegeben. Zudem entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) des Operationsverstärkers und ist über den Widerstand 51 elektrisch mit dem anderen Anschluss des Widerstandes 52 verbunden. Zudem ist das Gate des Transistors 25 elektrisch mit einer Anode der Diode 50 verbunden, und das Signal datain wird einer Kathode der Diode 50 zugeführt.
<Konfigurationsbeispiel 7 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben, das sich von den in 5, 9, 11, 13 und 14 dargestellten Konfigurationen der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 unterscheidet. 15(A) stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13, die als invertierende Addiererschaltung dient, und des Schalters 15 dar.
Wie die in 9 dargestellte Rechenschaltung 13, beinhaltet die in 15(A) dargestellte Rechenschaltung 13 die p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, die n-Kanal-Transistoren 25 bis 28, die n-Kanal-Transistoren 29a und 29b sowie den Kondensator 30. Zudem ist, wie bei der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13, der Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 in 15(A) verbunden.
Die in 15(A) dargestellte Rechenschaltung 13 beinhaltet ferner Widerstände 53 bis 55.
Eine konkrete Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator in der in 15(A) dargestellten Rechenschaltung 13 ist im Wesentlichen gleich derjenigen in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13. Bezüglich der Verbindungsbeziehung zwischen den Elementen werden Unterschiede zwischen der in 15(A) dargestellten Rechenschaltung 13 und der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 nachstehend beschrieben.
Bei der in 15(A) dargestellten Rechenschaltung 13 entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) eines Operationsverstärkers und wird mit dem Signal datain[B] über den Widerstand 53 und mit dem Signal datain[A] über den Widerstand 54 versorgt. Zudem ist das Gate des Transistors 25 über den Widerstand 55 elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 28 verbunden, welche einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers entsprechen. Zudem entspricht das Gate des Transistors 26 einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Operationsverstärkers und ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem Bezugspotential versorgt wird.
<Konfigurationsbeispiel 8 der Rechenschaltung und des Schalters>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 beschrieben, das sich von den in 5, 9, 11, 13, 14 und 15(A) dargestellten Konfigurationen der Rechenschaltung 13 und des Schalters 15 unterscheidet. 15(B) stellt ein Konfigurationsbeispiel der Rechenschaltung 13, die als nicht-invertierende Addiererschaltung dient, und des Schalters 15 dar.
Wie die in 9 dargestellte Rechenschaltung 13, beinhaltet die in 15(B) dargestellte Rechenschaltung 13 die p-Kanal-Transistoren 22 bis 24, die n-Kanal-Transistoren 25 bis 28, die n-Kanal-Transistoren 29a und 29b sowie den Kondensator 30. Zudem ist, wie bei der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13, der Transistor 15t, der als Schalter 15 dient, elektrisch mit der Rechenschaltung 13 in 15(B) verbunden.
Die in 15(B) dargestellte Rechenschaltung 13 beinhaltet ferner Widerstände 56 bis 59.
Eine konkrete Verbindungsbeziehung zwischen den Transistoren und dem Kondensator in der in 15(B) dargestellten Rechenschaltung 13 ist im Wesentlichen gleich derjenigen in der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13. Bezüglich der Verbindungsbeziehung zwischen den Elementen werden Unterschiede zwischen der in 15(B) dargestellten Rechenschaltung 13 und der in 9 dargestellten Rechenschaltung 13 nachstehend beschrieben.
Bei der in 15(B) dargestellten Rechenschaltung 13 entspricht das Gate des Transistors 25 einem invertierenden Eingangsanschluss (–) eines Operationsverstärkers und ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, die mit einem Bezugspotential versorgt wird. Zudem ist das Gate des Transistors 25 über den Widerstand 57 elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 24 und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 28 verbunden, welche einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers entsprechen. Zudem entspricht das Gate des Transistors 26 einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Operationsverstärkers und wird mit dem Signal datain[A] über den Widerstand 58 und mit dem Signal datain[B] über den Widerstand 59 versorgt.
<Konfigurationsbeispiel 1 einer Halbleitervorrichtung>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Halbleitervorrichtung 75, die in 19(A) dargestellt ist, beinhaltet einen Analogprozessor 77, bei dem die analoge Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Eingabevorrichtung 76 und eine Ausgabevorrichtung 78.
Die Eingabevorrichtung 76 weist eine Funktion auf, nämlich dass sie Daten, die von außerhalb der Halbleitervorrichtung 75 eingegeben werden, an den Analogprozessor 77 sendet. Als Eingabevorrichtung 76 kann beispielsweise eine Tastatur, eine Maus oder ein Touchscreen verwendet werden. Die Ausgabevorrichtung 78 weist eine Funktion auf, nämlich dass sie Daten ausgibt, die von dem Analogprozessor 77 ausgegeben werden. Als Ausgabevorrichtung 78 kann beispielsweise eine Anzeige, ein Projektor, ein Drucker, ein Plotter, eine Audio-Ausgabevorrichtung oder ein Speicher verwendet werden.
Zudem beinhaltet die Halbleitervorrichtung 75, die in 19(B) dargestellt ist, den Analogprozessor 77, bei dem die analoge Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Eingabevorrichtung 76, die Ausgabevorrichtung 78, eine Analog-Digital-Wandlerschaltung 79 (A/D), eine Digital-Analog-Wandlerschaltung 80 (D/A) und einen Digitalprozessor 81.
Die Analog-Digital-Wandlerschaltung 79 weist eine Funktion zur Analog-Digital-Umwandlung der Daten auf, die von dem Analogprozessor 77 ausgegeben werden. Der Digitalprozessor 81 führt eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung der digitalen Daten, die von der Analog-Digital-Wandlerschaltung 79 gesendet werden, aus und gibt die resultierenden Daten aus. Die Digital-Analog-Wandlerschaltung 80 weist eine Funktion zur Digital-Analog-Umwandlung der Daten auf, die von dem Digitalprozessor 81 ausgegeben werden.
Es sei angemerkt, dass bei dem in 19(B) dargestellten Beispiel die Halbleitervorrichtung 75 eine Konfiguration aufweist, bei der dem Analogprozessor 77 Daten von der Eingabevorrichtung 76 zugeführt werden und die Daten von dem Analogprozessor 77 an die Ausgabevorrichtung 78 ausgegeben werden. Jedoch kann die Halbleitervorrichtung 75 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine Konfiguration aufweisen, bei der dem Digitalprozessor 81 Daten von der Eingabevorrichtung 76 zugeführt werden und die Daten von dem Digitalprozessor 81 an die Ausgabevorrichtung 78 ausgegeben werden.
<Konfigurationsbeispiel 2 einer Halbleitervorrichtung>
Als Nächstes wird ein Konfigurationsbeispiel einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Halbleitervorrichtung 800, die in 24 dargestellt ist, beinhaltet einen Bildsensor 801, einen Bildspeicher 802, einen Analogprozessor 803, bei dem die analoge Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und eine Anzeigevorrichtung 804. Der Bildsensor 801 entspricht einer Eingabevorrichtung, und die Anzeigevorrichtung 804 entspricht einer Ausgabevorrichtung.
Der Bildsensor 801 beinhaltet ein Sensor-Array 805, das mit einer Vielzahl von Pixeln 810 versehen ist, die jeweils ein photoelektrisches Umwandlungselement und einen Transistor beinhalten, eine Treiberschaltung 806, die die Erfassung von Bilddaten 808 durch die Pixel 810 steuert, und eine Leseschaltung 807, die das Lesen der erhaltenen Bilddaten 808 steuert.
Der Bildspeicher 802 beinhaltet eine Vielzahl von Analogspeichern 809. Jeder der Analogspeicher 809 kann einen Rahmen bzw. Block (Frame) der Bilddaten 808, die in dem Sensor-Array 805 erhalten werden, speichern.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise des Bildsensors 801 beschrieben. Bei einem ersten Schritt werden die ersten Bilddaten 808 in dem Sensor-Array 805 erhalten. Die Bilddaten 808 können durch ein sogenanntes Rolling-Shutter-Verfahren bzw. Rolladenverschluss-Verfahren, bei dem die Pixel 810 nacheinander der Belichtung unterzogen werden und die Bilddaten 808 sequentiell gelesen werden, oder durch ein sogenanntes Global-Shutter-Verfahren bzw. Gesamtverschluss-Verfahren erhalten werden, bei dem alle Pixel 810 gleichzeitig der Belichtung unterzogen werden und dann die Bilddaten 808 sequentiell gelesen werden. Wenn die Bilddaten 808 durch das Rolling-Shutter-Verfahren erhalten werden, können das Lesen der Bilddaten 808 aus den Pixeln 810 in einer Zeile und die Belichtung der Pixel 810 in einer weiteren Zeile parallel zueinander durchgeführt werden; deshalb kann die Bildfrequenz, mit der die Bilddaten 808 erhalten werden, erhöht werden. Im Gegensatz dazu können dann, wenn die Bilddaten 808 durch das Global-Shutter-Verfahren erhalten werden, die Bilddaten 808 mit weniger Verzerrung auch in dem Fall erhalten werden, in dem sich ein Gegenstand bewegt.
Bei einem zweiten Schritt werden die ersten Bilddaten 808, die in dem Sensor-Array 805 erhalten worden sind, über die Leseschaltung 807 in dem ersten Analogspeicher 809 gespeichert. Die Bilddaten 808 können als analoge Daten in dem ersten Analogspeicher 809 gespeichert werden. Bei der vorstehenden Konfiguration entfällt die Notwendigkeit, die Bilddaten 808 von Analog in Digital umzuwandeln; folglich kann die Bildfrequenz, mit der die Bilddaten 808 erhalten werden, erhöht werden.
Anschließend werden der erste Schritt und der zweite Schritt mehrfach wiederholt, wodurch die Bilddaten 808 in jedem der Vielzahl von Analogspeichern 809 gespeichert werden können.
Bei einem dritten Schritt führt der Analogprozessor 803 eine gewünschte Bildverarbeitung unter Verwendung der Bilddaten 808 aus, die in der Vielzahl von Analogspeichern 809 gespeichert sind. Die Bilddaten, die der Bildverarbeitung unterzogen worden sind, werden an die Anzeigevorrichtung 804 gesendet.
Es sei angemerkt, dass als Beispiel für die vorstehende Bildverarbeitung eine Bildverarbeitung angegeben werden kann, bei der die Bilddaten 808 mit geringer Defokussierung aus mehreren Bilddaten 808 erhalten werden. Bei der vorstehenden Bildverarbeitung kann insbesondere die Schärfe der jeweiligen Bilddaten 808 berechnet werden und es können die Bilddaten 808 mit der höchsten Schärfe ausgewählt werden. Bei der vorstehenden Bildverarbeitung kann alternativ ein Bereich mit hoher Schärfe aus den jeweiligen Bilddaten 808 entnommen werden und können diese Bereiche miteinander kombiniert werden, um die einheitlichen Bilddaten 808 zu produzieren.
Ferner kann als weiteres Beispiel für die Bildverarbeitung durch den Analogprozessor 803 eine Bildverarbeitung angegeben werden, bei der die Bilddaten 808 mit optimaler Helligkeit aus mehreren Bilddaten 808 erhalten werden. Bei der vorstehenden Bildverarbeitung wird insbesondere die höchste Helligkeit der jeweiligen Bilddaten 808 berechnet und werden die Bilddaten 808 ermittelt, deren höchste Helligkeit gesättigt ist. Dann können die Bilddaten 808 mit Ausnahme der ermittelten Bilddaten 808 aus den mehreren Bilddaten 808 ausgewählt werden.
Bei der vorstehenden Bildverarbeitung wird alternativ die niedrigste Helligkeit der jeweiligen Bilddaten 808 berechnet und werden die Bilddaten 808 ermittelt, deren niedrigste Helligkeit gesättigt ist. Dann können die Bilddaten 808 mit Ausnahme der ermittelten Bilddaten 808 aus den mehreren Bilddaten 808 ausgewählt werden.
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der erste Schritt und der zweite Schritt in Übereinstimmung mit dem Aufleuchten des Blitzlichts zur Abbildung durchgeführt werden, die Bilddaten 808 zu dem Zeitpunkt erhalten werden können, zu dem die optimale Menge an Licht geliefert wird.
<Beispiel für die Querschnittsstruktur der Halbleitervorrichtung>
20 stellt ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur einer analogen Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Es sei angemerkt, dass 20 eine Querschnittsansicht des Transistors 16 und des Kondensators 17, welche in der in 3 dargestellten Speicherschaltung 12 enthalten sind, sowie des Transistors 26 veranschaulicht, der in der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13 enthalten ist. Des Weiteren sind bei dem in 20 dargestellten Beispiel der Kondensator 17 und der Transistor 16, der einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm aufweist, über dem Transistor 26 ausgebildet, der einen Kanalbildungsbereich in einem einkristallinen Siliziumsubstrat aufweist.
Der Transistor 26 kann einen Kanalbildungsbereich in einem Halbleiterfilm oder einem Halbleitersubstrat aus Silizium, Germanium oder dergleichen in einem amorphen, mikrokristallinen, polykristallinen oder einkristallinen Zustand aufweisen. Alternativ kann der Transistor 26 einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm oder einem Oxidhalbleitersubstrat aufweisen. In dem Fall, in dem die Transistoren jeweils einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm oder einem Oxidhalbleitersubstrat aufweisen, muss der Transistor 16 nicht unbedingt über dem Transistor 26 angeordnet sein, und der Transistor 16 und der Transistor 26 können in derselben Schicht ausgebildet sein.
In dem Fall, in dem der Transistor 26 unter Verwendung eines dünnen Siliziumfilms ausgebildet wird, kann das Folgende für den dünnen Film verwendet werden: amorphes Silizium, das durch ein Dampfphasenaufwachsverfahren, wie z. B. ein plasmaunterstütztes CVD-Verfahren, oder ein Sputterverfahren ausgebildet wird; polykristallines Silizium, das erhalten wird, indem amorphes Silizium durch eine Behandlung, wie z. B. ein Laserglühen, kristallisiert wird; einkristallines Silizium, das erhalten wird, indem ein Oberflächenabschnitt eines einkristallinen Siliziumwafers durch eine Implantation von Wasserstoffionen oder dergleichen getrennt wird; oder dergleichen.
Als Halbleitersubstrat 601, auf dem der Transistor 26 ausgebildet ist, kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat, ein Germaniumsubstrat oder ein Silizium-Germaniumsubstrat verwendet werden. 20 stellt ein Beispiel dar, bei dem ein einkristallines Siliziumsubstrat als Halbleitersubstrat 601 verwendet wird.
Zusätzlich ist der Transistor 26 durch ein Elementisolationsverfahren elektrisch isoliert. Als Elementisolationsverfahren kann ein selektives Oxidationsverfahren (LOCOS: Local Oxidation of Silicon bzw. lokale Oxidation von Silizium), ein Grabenisolationsverfahren (STI: Shallow-Trench-Isolation bzw. Flachgrabenisolation) oder dergleichen zum Einsatz kommen. 20 stellt ein Beispiel dar, bei dem ein Grabenisolationsverfahren verwendet wird, um den Transistor 26 elektrisch zu isolieren. Bei dem in 20 dargestellten Beispiel wird insbesondere der Transistor 26 einer Elementisolation unter Verwendung eines Elementisolationsbereichs 610 unterzogen, der wie folgt ausgebildet wird: Ein Graben wird durch Ätzen oder dergleichen in dem Halbleitersubstrat 601 ausgebildet, und dann wird ein Isolator, der Siliziumoxid oder dergleichen enthält, in dem Graben eingebettet.
Ein isolierender Film 611 ist über dem Transistor 26 bereitgestellt. Öffnungen sind in dem isolierenden Film 611 ausgebildet. Darüber hinaus sind ein leitender Film 625 und ein leitender Film 626, welche elektrisch mit der Source und dem Drain des Transistors 26 verbunden sind, sowie ein leitender Film 627, der elektrisch mit dem Gate des Transistors 26 verbunden ist, in den Öffnungen ausgebildet.
Ferner ist der leitende Film 625 elektrisch mit einem leitenden Film 634 verbunden, der über dem isolierenden Film 611 ausgebildet ist. Der leitende Film 626 ist elektrisch mit einem leitenden Film 635 verbunden, der über dem isolierenden Film 611 ausgebildet ist. Der leitende Film 627 ist elektrisch mit einem leitenden Film 636 verbunden, der über dem isolierenden Film 611 ausgebildet ist.
Ein isolierender Film 612 ist über den leitenden Filmen 634 bis 636 ausgebildet. Eine Öffnung ist in dem isolierenden Film 612 ausgebildet. Ein leitender Film 637, der elektrisch mit dem leitenden Film 636 verbunden ist, ist in der Öffnung ausgebildet. Des Weiteren ist der leitende Film 637 elektrisch mit einem leitenden Film 651 verbunden, der über dem isolierenden Film 612 ausgebildet ist.
Zudem ist ein isolierender Film 613 über dem leitenden Film 651 ausgebildet. Eine Öffnung ist in dem isolierenden Film 613 ausgebildet. Ein leitender Film 652, der elektrisch mit dem leitenden Film 651 verbunden ist, ist in der Öffnung ausgebildet. Des Weiteren ist der leitende Film 652 elektrisch mit einem leitenden Film 653 verbunden, der über dem isolierenden Film 613 ausgebildet ist. Ein leitender Film 644 ist auch über dem isolierenden Film 613 ausgebildet.
Ein isolierender Film 661 ist über dem leitenden Film 653 und dem leitenden Film 644 ausgebildet. In 20 sind ferner der Transistor 16 und der Kondensator 17 über dem isolierenden Film 661 ausgebildet.
Der Transistor 16 beinhaltet einen Halbleiterfilm 701, der über dem isolierenden Film 661 liegt und einen Oxidhalbleiter enthält, einen leitenden Film 721 und einen leitenden Film 722, welche über dem Halbleiterfilm 701 liegen und als Source und Drain dienen, einen Gate-Isolierfilm 662 über dem Halbleiterfilm 701, dem leitenden Film 721 und dem leitenden Film 722 sowie eine Gate-Elektrode 731, die über dem Gate-Isolierfilm 662 angeordnet ist und den Halbleiterfilm 701 zwischen dem leitenden Film 721 und dem leitenden Film 722 überlappt. Es sei angemerkt, dass der leitende Film 722 in der Öffnung, die in dem isolierenden Film 661 bereitgestellt ist, elektrisch mit dem leitenden Film 653 verbunden ist.
In dem Halbleiterfilm 701 des Transistors 16 gibt es ferner einen Bereich 710 zwischen einem Bereich, der den leitenden Film 721 überlappt, und einem Bereich, der die Gate-Elektrode 731 überlappt. Zudem gibt es in dem Halbleiterfilm 701 des Transistors 16 einen Bereich 711 zwischen einem Bereich, der den leitenden Film 722 überlappt, und dem Bereich, der die Gate-Elektrode 731 überlappt. Argon, eine Verunreinigung, die dem Halbleiterfilm 701 p-Typ-Leitfähigkeit verleiht, oder eine Verunreinigung, die dem Halbleiterfilm 701 n-Typ-Leitfähigkeit verleiht, wird dem Bereich 710 und dem Bereich 711 zugesetzt, wobei der leitende Film 721, der leitende Film 722 und die Gate-Elektrode 731 als Masken verwendet werden, wodurch in dem Halbleiterfilm 701 der spezifische Widerstand des Bereichs 710 und des Bereichs 711 niedriger werden kann als derjenige des Bereichs, der die Gate-Elektrode 731 überlappt.
Zudem beinhaltet der Kondensator 17 einen leitenden Film 654 über dem isolierenden Film 661, den Gate-Isolierfilm 662, der den leitenden Film 654 überlappt, und einen leitenden Film 655, der den leitenden Film 654 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 662 dazwischen positioniert ist. Der leitende Film 654 kann zusammen mit dem leitenden Film 722 ausgebildet werden, indem ein leitender Film über dem isolierenden Film 661 ausgebildet wird und der leitende Film in eine gewünschte Form strukturiert wird. Der leitende Film 655 kann zusammen mit der Gate-Elektrode 731 ausgebildet werden, indem ein leitender Film über dem Gate-Isolierfilm 662 ausgebildet wird und der leitende Film in eine gewünschte Form strukturiert wird.
Des Weiteren ist ein isolierender Film 663 über dem Transistor 16 und dem Kondensator 17 bereitgestellt.
Es sei angemerkt, dass in 20 der Transistor 16 die Gate-Elektrode 731 auf mindestens einer Seite des Halbleiterfilms 701 beinhalten kann; alternativ kann er ein Paar von Gate-Elektroden beinhalten kann, zwischen denen der Halbleiterfilm 701 positioniert ist.
In dem Fall, in dem der Transistor 16 ein Paar von Gate-Elektroden beinhaltet, zwischen denen der Halbleiterfilm 701 positioniert ist, kann einer der Gate-Elektroden ein Signal zum Steuern des Durchlasszustandes oder des Sperrzustandes zugeführt werden, und die andere Gate-Elektrode kann mit einem Potential aus einer weiteren Quelle versorgt werden. In diesem Fall können dem Paar von Gate-Elektroden Potentiale auf dem gleichen Pegel zugeführt werden, oder ein festes Potential, wie z. B. das Erdpotential, kann nur der anderen Gate-Elektrode zugeführt werden. Durch Steuern des Pegels des Potentials, das der anderen Gate-Elektrode zugeführt wird, kann die Schwellenspannung des Transistors gesteuert werden.
Zudem veranschaulicht 20 den Fall, in dem der Transistor 16 eine Einzel-Gate-Struktur aufweist, bei der ein einziger Kanalbildungsbereich bereitgestellt ist, der einer einzigen Gate-Elektrode 731 entspricht. Jedoch kann der Transistor 16 eine Multi-Gate-Struktur aufweisen, bei der eine Vielzahl von Gate-Elektroden, die elektrisch miteinander verbunden sind, bereitgestellt ist, so dass eine Vielzahl von Kanalbildungsbereichen in einer aktiven Schicht enthalten ist.
<Transistor>
Als Nächstes wird ein Strukturbeispiel eines Transistors 90 beschrieben, der einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm aufweist.
21 stellt ein Strukturbeispiel des Transistors 90 dar, der einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm aufweist. 21(A) zeigt eine Draufsicht auf den Transistor 90. Es sei angemerkt, dass in 21(A) isolierende Filme weggelassen sind, um den Aufbau des Transistors 90 deutlich zu zeigen. Zusätzlich zeigt 21(B) eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A1-A2 in der Draufsicht in 21(A). 21(C) zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A3-A4.
Wie in 21 dargestellt, beinhaltet der Transistor 90 einen Oxidhalbleiterfilm 92a und einen Oxidhalbleiterfilm 92b, welche in dieser Reihenfolge über einem isolierenden Film 91 übereinander angeordnet sind, der über einem Substrat 97 ausgebildet ist, einen leitenden Film 93 und einen leitenden Film 94, welche elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm 92b verbunden sind und als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, einen Oxidhalbleiterfilm 92c über dem Oxidhalbleiterfilm 92b, dem leitenden Film 93 und dem leitenden Film 94, einen isolierenden Film 95, der als Gate-Isolierfilm dient und über dem Oxidhalbleiterfilm 92c angeordnet ist, sowie einen leitenden Film 96, der als Gate-Elektrode dient, über dem isolierenden Film 95 liegt und die Oxidhalbleiterfilme 92a bis 92c überlappt. Es sei angemerkt, dass das Substrat 97 ein Glassubstrat, ein Halbleitersubstrat oder dergleichen sein kann; alternativ kann es ein Elementsubstrat sein, bei dem ein Halbleiterelement über einem Glassubstrat oder einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist.
22 stellt ein weiteres konkretes Strukturbeispiel des Transistors 90 dar. 22(A) zeigt eine Draufsicht auf den Transistor 90. Es sei angemerkt, dass in 22(A) isolierende Filme weggelassen sind, um den Aufbau des Transistors 90 deutlich zu zeigen. Zusätzlich zeigt 22(B) eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A1-A2 in der Draufsicht in 22(A). 22(C) zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A3-A4.
Wie in 22 dargestellt, beinhaltet der Transistor 90 die Oxidhalbleiterfilme 92a bis 92c, die übereinander über dem isolierenden Film 91 angeordnet sind, den leitenden Film 93 und den leitenden Film 94, welche elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm 92c verbunden sind und als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, den isolierenden Film 95, der als Gate-Isolierfilm dient und über dem Oxidhalbleiterfilm 92c, dem leitenden Film 93 und dem leitenden Film 94 angeordnet ist, sowie den leitenden Film 96, der als Gate-Elektrode dient, über dem isolierenden Film 95 liegt und die Oxidhalbleiterfilme 92a bis 92c überlappt.
Es sei angemerkt, dass bei den Strukturbeispielen des Transistors 90 in 21 und 22 die übereinander angeordneten Oxidhalbleiterfilme 92a bis 92c verwendet werden. Der Oxidhalbleiterfilm, der in dem Transistor 90 enthalten ist, ist nicht auf übereinander angeordnete Oxidhalbleiterfilme beschränkt und kann ein einzelner Oxidhalbeiterfilm sein.
In dem Fall, in dem der Transistor 90 den Halbleiterfilm beinhaltet, in dem die Oxidhalbleiterfilme 92a bis 92c der Reihe nach übereinander angeordnet sind, handelt es sich bei jedem der Oxidhalbleiterfilme 92a und 92c um einen Oxidfilm, der als Bestandteil mindestens ein Metallelement, das in dem Oxidhalbleiterfilm 92b enthalten ist, enthält und bei dem die Energie des Leitungsbandminimums um 0,05 eV oder mehr, 0,07 eV oder mehr, 0,1 eV oder mehr oder 0,15 eV oder mehr und 2 eV oder weniger, 1 eV oder weniger, 0,5 eV oder weniger oder 0,4 eV oder weniger näher am Vakuumniveau liegt als bei dem Oxidhalbleiterfilm 92b. Außerdem enthält der Oxidhalbleiterfilm 92b vorzugsweise mindestens Indium, weil dadurch die Ladungsträgerbeweglichkeit erhöht wird.
In dem Fall, in dem der Transistor 90 den Halbleiterfilm mit der vorstehenden Struktur beinhaltet, wird dann, wenn durch Anlegung einer Spannung an die Gate-Elektrode ein elektrisches Feld an den Halbleiterfilm angelegt wird, ein Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 92b gebildet, der die niedrigste Energie des Leitungsbandminimums in dem Halbleiterfilm aufweist. Das heißt, dass, da der Oxidhalbleiterfilm 92c zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 92b und dem isolierenden Film 95 bereitgestellt ist, der Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 92b gebildet werden kann, der von dem isolierenden Film 95 getrennt ist.
Zusätzlich ist es, da der Oxidhalbleiterfilm 92c als Bestandteil mindestens ein Metallelement enthält, das in dem Oxidhalbleiterfilm 92b enthalten ist, weniger wahrscheinlich, dass Grenzflächenstreuung an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 92b und dem Oxidhalbleiterfilm 92c auftritt. Deshalb wird die Bewegung der Ladungsträger an der Grenzfläche mit geringerer Wahrscheinlichkeit gesperrt, was zur Erhöhung der Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 90 führt.
Außerdem wird dann, wenn ein Grenzflächenzustand an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 92b und dem Oxidhalbleiterfilm 92a gebildet wird, ein Kanalbereich auch in einem Bereich in der Nähe der Grenzfläche gebildet, was eine Veränderung der Schwellenspannung des Transistors 90 verursacht. Jedoch ist es, da der Oxidhalbleiterfilm 92a als Bestandteil mindestens ein Metallelement enthält, das in dem Oxidhalbleiterfilm 92b enthalten ist, weniger wahrscheinlich, dass ein Grenzflächenzustand an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 92b und dem Oxidhalbleiterfilm 92a gebildet wird. Daher kann die vorstehende Struktur Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors 90, wie z. B. der Schwellenspannung, verringern.
Zudem werden mehrere Oxidhalbleiterfilme vorzugsweise derart übereinander angeordnet, dass an der Grenzfläche zwischen den Oxidhalbleiterfilmen kein Grenzflächenzustand gebildet wird, der von einer zwischen den Filmen vorhandenen Verunreinigung verursacht wird und den Fluss von Ladungsträgern sperrt. Der Grund dafür ist wie folgt: Wenn eine Verunreinigung zwischen den übereinander angeordneten Oxidhalbleiterfilmen vorhanden ist, geht die Stetigkeit der Energie des Leitungsbandminimums zwischen den Oxidhalbleiterfilmen verloren, und in der Nähe der Grenzfläche werden Ladungsträger eingefangen oder wird ihr Verschwinden durch Rekombination verursacht. Durch Verringerung von Verunreinigungen zwischen den Filmen wird ein stetiger Übergang (hier besonders ein Zustand mit einer U-förmigen Wannenstruktur, bei der sich die Energie des Leitungsbandminimums stetig zwischen den Filmen verändert) im Vergleich zu dem Fall leicht gebildet, in dem mehrere Oxidhalbleiterfilme, die als Hauptbestandteil mindestens ein gemeinsames Metall enthalten, lediglich übereinander angeordnet sind.
Um einen stetigen Übergang zu bilden, müssen die Filme unter Verwendung einer Abscheidungsvorrichtung (Sputtervorrichtung) mit mehreren Kammern einschließlich einer Schleusenkammer ohne Unterbrechung übereinander geschichtet werden, ohne dass sie der Luft ausgesetzt sind. Jede Kammer der Sputtervorrichtung wird vorzugsweise einer Hochvakuumerzeugung (auf etwa 5 × 10^–7 Pa bis 1 × 10^–4 Pa) unter Verwendung einer Absaugungsvakuumpumpe, wie z. B. einer Kryopumpe, unterzogen, um Wasser oder dergleichen, das für einen Oxidhalbleiter eine Verunreinigung ist, möglichst zu entfernen. Alternativ werden vorzugsweise eine Turbomolekularpumpe und eine Kühlfalle miteinander kombiniert, um Rückfluss eines Gases durch ein Evakuierungssystem in die Kammer zu verhindern.
Um einen hochreinen intrinsischen Oxidhalbleiter zu erhalten, ist nicht nur die Hochvakuumerzeugung in der Kammer, sondern auch eine hohe Reinheit eines beim Sputtern verwendeten Gases wichtig. Wenn der Taupunkt eines Sauerstoffgases oder eines Argongases, das als vorstehendes Gas verwendet wird, auf –40°C oder niedriger, bevorzugt –80°C oder niedriger, noch bevorzugter –100°C oder niedriger eingestellt wird, um die Reinheit des Gases zu erhöhen, kann ein Eindringen von Feuchtigkeit und dergleichen in den Oxidhalbleiterfilm so weit wie möglich verhindert werden. In dem Fall, in dem es sich bei dem Oxidhalbleiterfilm 92b insbesondere um ein In-M-Zn-Oxid handelt (M ist Ga, Y, Zr, La, Ce oder Nd) und ein Target mit einem Atomverhältnis der Metallelemente In:M:Zn = x₁:y₁:z₁ für die Abscheidung des Oxidhalbleiterfilms 92b verwendet wird, ist x₁/y₁ bevorzugt größer als oder gleich 1/3 und kleiner als oder gleich 6, noch bevorzugter größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 6, und ist z₁/y₁ bevorzugt größer als oder gleich 1/3 und kleiner als oder gleich 6, noch bevorzugter größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 6. Es sei angemerkt, dass dann, wenn z₁/y₁ größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 6 ist, ein CAAC-OS-Film als Oxidhalbleiterfilm 92b leicht ausgebildet wird. Typische Beispiele für das Atomverhältnis der Metallelemente in dem Target sind In:M:Zn = 1:1:1 und In:M:Zn = 3:1:2.
In dem Fall, in dem es sich bei dem Oxidhalbleiterfilm 92a und dem Oxidhalbleiterfilm 92c jeweils insbesondere um ein In-M-Zn-Oxid handelt (M ist Ga, Y, Zr, La, Ce oder Nd dar) und ein Target mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:M:Zn = x₂:y₂:z₂ für die Abscheidung des Oxidhalbleiterfilms 92a und des Oxidhalbleiterfilms 92c verwendet wird, ist x₂/y₂ vorzugsweise kleiner als x₁/y₁ und ist z₂/y₂ bevorzugt größer als oder gleich 1/3 und kleiner als oder gleich 6, noch bevorzugter größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 6. Es sei angemerkt, dass dann, wenn z₂/y₂ größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 6 ist, CAAC-OS-Filme leicht als Oxidhalbleiterfilm 92a und Oxidhalbleiterfilm 92c ausgebildet werden. Typische Beispiele für das Atomverhältnis der Metallelemente in dem Target sind In:M:Zn = 1:3:2, In:M:Zn = 1:3:4, In:M:Zn = 1:3:6 und In:M:Zn = 1:3:8.
Es sei angemerkt, dass die Dicke jedes der Oxidhalbleiterfilme 92a und 92c größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ist. Zudem ist die Dicke des Oxidhalbleiterfilms 92b größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 200 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, noch bevorzugter größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
In dem Halbleiterfilm mit einer dreischichtigen Struktur können die Oxidhalbleiterfilme 92a bis 92c entweder amorph oder kristallin sein. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 92b, in dem ein Kanalbereich gebildet wird, vorzugsweise kristallin ist; das liegt daran, dass mit dem kristallinen Oxidhalbleiterfilm 92b der Transistor 90 stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann.
Es sei angemerkt, dass sich ein Kanalbildungsbereich auf einen Bereich des Halbleiterfilms des Transistors 90 bezieht, der die Gate-Elektrode überlappt und zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode positioniert ist. Zudem bezieht sich ein Kanalbereich auf einen Bereich, der in dem Kanalbildungsbereich liegt und in dem ein Strom hauptsächlich fließt.
In dem Fall, in dem beispielsweise ein In-Ga-Zn-Oxidfilm, der durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, als jeder der Oxidhalbleiterfilme 92a und 92c verwendet wird, können der Oxidhalbleiterfilm 92a und der Oxidhalbleiterfilm 92c unter Verwendung eines Targets aus einem In-Ga-Zn-Oxid (In:Ga:Zn = 1:3:2 [Atomverhältnis]) abgeschieden werden. Die Abscheidungsbedingungen können beispielsweise wie folgt sein: Als Abscheidungsgas werden ein Argongas und ein Sauerstoffgas bei 30 sccm bzw. 15 sccm verwendet; der Druck beträgt 0,4 Pa; die Substrattemperatur beträgt 200°C; und die DC-Leistung beträgt 0,5 kW.
Zudem wird in dem Fall, in dem es sich bei dem Oxidhalbleiterfilm 92b um einen CAAC-OS-Oxidfilm handelt, der Oxidhalbleiterfilm 92b vorzugsweise unter Verwendung eines polykristallinen Targets abgeschieden, das ein In-Ga-Zn-Oxid enthält (In:Ga:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis]). Die Abscheidungsbedingungen können beispielsweise wie folgt sein: Als Abscheidungsgas werden ein Argongas und ein Sauerstoffgas bei 30 sccm bzw. 15 sccm verwendet; der Druck beträgt 0,4 Pa; die Substrattemperatur beträgt 300°C; und die DC-Leistung beträgt 0,5 kW.
Es sei angemerkt, dass, obwohl die Oxidhalbleiterfilme 92a bis 92c durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden können, sie durch ein anderes Verfahren, z. B. ein thermisches CVD-Verfahren, ausgebildet werden können. Als thermisches CVD-Verfahren kann beispielsweise ein MOCVD-(Metal Organic Chemical Vapor Deposition- bzw. metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs-)Verfahren oder ein ALD-(Atomic Layer Deposition- bzw. Atomlagenabscheidungs-)Verfahren zum Einsatz kommen.
Es sei angemerkt, dass es geringe Ladungsträgererzeugungsquellen in einem hochreinen Oxidhalbleiter (reinen Oxidhalbleiter) gibt, der durch eine Verringerung von Verunreinigungen, wie z. B. Feuchtigkeit oder Wasserstoff, die als Elektronendonatoren (Donatoren) dienen, und durch eine Verringerung von Sauerstofffehlstellen erhalten wird; daher kann ein i-Typ-(intrinsischer) oder ein im Wesentlichen i-Typ-Halbleiter erhalten werden. Deshalb weist ein Transistor, der einen Kanalbildungsbereich in einem hochreinen Oxidhalbleiterfilm aufweist, einen sehr niedrigen Sperrstrom und eine hohe Zuverlässigkeit auf. Darüber hinaus weist ein Transistor, bei dem ein Kanalbildungsbereich in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet wird, leicht elektrische Eigenschaften einer positiven Schwellenspannung (auch als selbstsperrende Eigenschaften bezeichnet) auf.
Insbesondere können verschiedene Experimente den niedrigen Sperrstrom eines Transistors beweisen, der einen Kanalbildungsbereich in einem hochreinen Oxidhalbleiterfilm aufweist. Selbst wenn ein Element beispielsweise eine Kanalbreite von 1 × 10⁶ μm und eine Kanallänge von 10 μm aufweist, kann der Sperrstrom auf oder unter der Messgrenze eines Halbleiterparameter-Analysators sein, d. h. niedriger als oder gleich 1 × 10^–13 A bei einer Spannung (Drain-Spannung) zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode von 1 V bis 10 V. In diesem Fall ist zu erkennen, dass ein für die Kanalbreite normalisierter Sperrstrom des Transistors niedriger als oder gleich 100 zA/μm bzw. Zepto-Ampere/μm ist. Des Weiteren wurde der Sperrstrom unter Verwendung einer Schaltung gemessen, bei der ein Kondensator und ein Transistor miteinander verbunden waren und Ladung, die in den Kondensator hinein oder aus dem Kondensator heraus floss, durch den Transistor gesteuert wurde. Bei der Messung wurde ein hochreiner Oxidhalbleiterfilm für einen Kanalbildungsbereich des Transistors verwendet, und der Sperrstrom des Transistors wurde aus einer Änderung der Menge an Ladung in dem Kondensator pro Zeiteinheit gemessen. Aus dem Ergebnis ist ersichtlich, dass in dem Fall, in dem die Spannung zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 3 V beträgt, ein niedrigerer Sperrstrom von mehreren zehn Yocto-Ampere pro Mikrometer erhalten wird. Folglich weist der Transistor, bei dem der hochreine Oxidhalbleiterfilm für einen Kanalbildungsbereich verwendet wird, einen viel geringeren Sperrstrom auf als
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiterfilm als Halbleiterfilm verwendet wird, der Oxidhalbleiter vorzugsweise mindestens Indium (In) oder Zink (Zn) enthält. Zusätzlich zu ihnen ist Gallium (Ga) vorzugsweise als Stabilisator enthalten, um Schwankungen der elektrischen Eigenschaften eines Transistors zu verringern, bei dem der Oxidhalbleiter verwendet wird. Zusätzlich ist vorzugsweise Zinn (Sn) als Stabilisator enthalten. Zusätzlich ist vorzugsweise Hafnium (Hf) als Stabilisator enthalten. Zusätzlich ist vorzugsweise Aluminium (Al) als Stabilisator enthalten. Zusätzlich ist vorzugsweise Zirkon (Zr) als Stabilisator enthalten.
Unter Oxidhalbleitern weist, im Unterschied zu Siliziumkarbid, Galliumnitrid oder Galliumoxid, ein In-Ga-Zn-Oxid, ein In-Sn-Zn-Oxid oder dergleichen einen Vorteil der hohen Massenproduktivität auf, weil ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften durch ein Sputterverfahren oder einen Nassprozess ausgebildet werden kann. Im Unterschied zu Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder Galliumoxid ermöglicht ferner das In-Ga-Zn-Oxid, dass ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften über einem Glassubstrat ausgebildet wird. Ferner kann ein größeres Substrat verwendet werden.
Als weiterer Stabilisator kann/können zusätzlich eine oder mehrere Arten von Lanthanoiden, wie z. B. Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) oder Lutetium (Lu), enthalten sein.
Als Oxidhalbleiter kann beispielsweise Indiumoxid, Galliumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, ein In-Zn-Oxid, ein Sn-Zn-Oxid, ein Al-Zn-Oxid, ein Zn-Mg-Oxid, ein Sn-Mg-Oxid, ein In-Mg-Oxid, ein In-Ga-Oxid, ein In-Ga-Zn-Oxid (auch als IGZO bezeichnet), ein In-Al-Zn-Oxid, ein In-Sn-Zn-Oxid, ein Sn-Ga-Zn-Oxid, ein Al-Ga-Zn-Oxid, ein Sn-Al-Zn-Oxid, ein In-Hf-Zn-Oxid, ein In-La-Zn-Oxid, ein In-Pr-Zn-Oxid, ein In-Nd-Zn-Oxid, ein In-Ce-Zn-Oxid, ein In-Sm-Zn-Oxid, ein In-Eu-Zn-Oxid, ein In-Gd-Zn-Oxid, ein In-Tb-Zn-Oxid, ein In-Dy-Zn-Oxid, ein In-Ho-Zn-Oxid, ein In-Er-Zn-Oxid, ein In-Tm-Zn-Oxid, ein In-Yb-Zn-Oxid, ein In-Lu-Zn-Oxid, ein In-Sn-Ga-Zn-Oxid, ein In-Hf-Ga-Zn-Oxid, ein In-Al-Ga-Zn-Oxid, ein In-Sn-Al-Zn-Oxid, ein In-Sn-Hf-Zn-Oxid oder ein In-Hf-Al-Zn-Oxid verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass ein In-Ga-Zn-Oxid beispielsweise ein In, Ga und Zn enthaltendes Oxid bezeichnet, wobei es keine Beschränkung bezüglich des Verhältnisses von In zu Ga und Zn gibt. Ferner kann ein anderes Metallelement als In, Ga und Zn enthalten sein. Da das In-Ga-Zn-Oxid einen ausreichend hohen Widerstand aufweist, wenn kein elektrisches Feld daran angelegt wird, kann der Sperrstrom ausreichend verringert werden. Außerdem ist seine Beweglichkeit hoch.
Beispielsweise ermöglicht ein In-Sn-Zn-Oxid relativ leicht eine hohe Beweglichkeit. Jedoch ermöglicht auch ein In-Ga-Zn-Oxid die Erhöhung der Beweglichkeit, indem die Defektdichte im Bulk verringert wird.
Bei dem Transistor 90 könnte außerdem ein Metall in der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode in Abhängigkeit von einem leitenden Material, das für die Source-Elektrode oder die Drain-Elektrode verwendet wird, Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiterfilm extrahieren. In diesem Fall werden Bereiche des Oxidhalbleiterfilms, die in Kontakt mit der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode sind, aufgrund der gebildeten Sauerstofffehlstellen zu n-Typ-Bereichen. Da der n-Typ-Bereich als Source-Bereich oder Drain-Bereich dient, kann der Kontaktwiderstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und der Source-Elektrode oder der Drain-Elektrode verringert werden. Folglich kann die Bildung des n-Typ-Bereichs die Beweglichkeit und den Durchlassstrom des Transistors 90 erhöhen und dadurch einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb einer Halbleitervorrichtung erzielen, bei der der Transistor 90 verwendet wird.
Es sei angemerkt, dass das Extrahieren von Sauerstoff durch ein Metall in der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode wahrscheinlich verursacht wird, wenn die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode durch ein Sputterverfahren oder gleichen ausgebildet werden oder wenn eine Wärmebehandlung nach dem Ausbilden der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode durchgeführt wird. Zudem ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass der n-Typ-Bereich gebildet wird, wenn ein leitendes Material, das leicht an Sauerstoff gebunden wird, für die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode verwendet wird. Beispiele für das vorstehende leitende Material umfassen Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo und W.
In dem Fall, in dem der Halbleiterfilm, der die übereinander angeordneten Oxidhalbleiterfilme umfasst, für den Transistor 90 verwendet wird, erstreckt sich der n-Typ-Bereich vorzugsweise bis zu dem als Kanalbereich dienenden Oxidhalbleiterfilm 92b, um die Beweglichkeit und den Durchlassstrom des Transistors 90 zu erhöhen und zu ermöglichen, dass die Hableitervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit arbeitet.
Der isolierende Film 91 ist vorzugsweise ein isolierender Film, der eine Funktion aufweist, nämlich dass er den Oxidhalbleiterfilmen 92a bis 92c durch Erwärmung einen Teil von Sauerstoff zuführt. Zudem weist der isolierende Film 91 vorzugsweise geringe Defekte auf; typischerweise ist die Spindichte, die durch ESR-Messung bei g = 2,001 aufgrund einer offenen Bindung von Silizium erhalten wird, vorzugsweise niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Spins/cm³.
Es handelt sich bei dem isolierenden Film 91, der eine Funktion aufweist, nämlich dass er den Oxidhalbleiterfilmen 92a bis 92c durch Erwärmung einen Teil von Sauerstoff zuführt, vorzugsweise um ein Oxid. Beispielsweise kann Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkonoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid verwendet werden. Der isolierende Film 91 kann durch ein plasmaunterstütztes CVD-(Chemical Vapor Deposition- bzw. chemisches Gasphasenabscheidungs-)Verfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung ein Oxynitrid ein Material, das mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält, bezeichnet und dass ein Nitridoxid ein Material, das mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält, bezeichnet.
Es sei angemerkt, dass der in 21 und 22 dargestellte Transistor 90 die folgende Struktur aufweist: Der leitende Film 96 überlappt Endabschnitte des Oxidhalbleiterfilms 92b, in dem ein Kanalbereich gebildet wird; diese Endabschnitte überlappen weder den leitenden Film 93 noch den leitenden Film 94, das heißt, dass diese Endabschnitte in anderen Bereichen als Bereichen angeordnet sind, in denen sich der leitende Film 93 und der leitende Film 94 befinden. Wenn die Endabschnitte des Oxidhalbleiterfilms 92b beim Ätzen zur Ausbildung der Endabschnitte dem Plasma ausgesetzt werden, wird ein Chlorradikal, ein Fluorradikal oder dergleichen, das aus einem Ätzgas erzeugt wird, leicht an ein Metallelement gebunden, das in dem Oxidhalbleiter enthalten ist. Aus diesem Grund kann man davon ausgehen, dass die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass die Endabschnitte des Oxidhalbleiterfilms, von denen Sauerstoff, der an das Metallelement gebunden ist, leicht abgegeben wird, aufgrund einer darin gebildeten Sauerstofffehlstelle n-Typ-Leitfähigkeit aufweisen. Bei dem in 21 und 22 dargestellten Transistor 90 überlappt jedoch der leitende Film 96 die Endabschnitte des Oxidhalbleiterfilms 92b, die weder den leitenden Film 93 noch den leitenden Film 94 überlappen; somit können elektrische Felder, die an die Endabschnitte angelegt werden, gesteuert werden, indem das Potential des leitenden Films 96 gesteuert wird. Folglich kann der Strom, der zwischen dem leitenden Film 93 und dem leitenden Film 94 über die Endabschnitte des Oxidhalbleiterfilms 92b fließt, durch das Potential, das dem leitenden Film 96 zugeführt wird, gesteuert werden. Eine derartige Struktur des Transistors 90 wird als Struktur mit umschlossenem Kanal bzw. Surrounded Channel-(S-Kanal-)Struktur bezeichnet.
Insbesondere kann bei der S-Kanal-Struktur dann, wenn dem leitenden Film 96 ein Potential zugeführt wird, bei dem der Transistor 90 ausgeschaltet wird, der Sperrstrom, der zwischen dem leitenden Film 93 und dem leitenden Film 94 über die Endabschnitte fließt, verringert werden. Aus diesem Grund kann der Transistor 90 einen niedrigen Sperrstrom aufweisen, selbst wenn der Abstand zwischen dem leitenden Film 93 und dem leitenden Film 94 an den Endabschnitten des Oxidhalbleiterfilms 92b infolge der Verringerung der Kanallänge des Transistors 90 verringert wird, um einen hohen Durchlassstrom zu erreichen. Somit kann der Transistor 90 mit der kurzen Kanallänge einen hohen Durchlassstrom im Durchlasszustand und einen niedrigen Sperrstrom im Sperrzustand aufweisen.
Insbesondere kann außerdem bei der S-Kanal-Struktur dann, wenn dem leitenden Film 96 ein Potential zugeführt wird, bei dem der Transistor 90 eingeschaltet wird, der Strom, der zwischen dem leitenden Film 93 und dem leitenden Film 94 über die Endabschnitte fließt, erhöht werden. Dieser Strom trägt zur Erhöhung der Feldeffektbeweglichkeit und des Durchlassstroms des Transistors 90 bei. Des Weiteren ist dann, wenn die Endabschnitte des Oxidhalbleiterfilms 92b den leitenden Film 96 überlappen, ein Bereich des Ladungsträgerflusses in dem Oxidhalbleiterfilm 92b nicht auf die nähere Umgebung der Grenzfläche des Oxidhalbleiterfilms 92b, der nahe an dem isolierenden Film 95 liegt, beschränkt. Da Ladungsträger in einem weiten Bereich des Oxidhalbleiterfilms 92b fließen, wird das Ausmaß der Ladungsträgerbewegung in dem Transistor 90 erhöht. Als Ergebnis werden der Durchlassstrom und die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 90 erhöht; die Feldeffektbeweglichkeit wird typischerweise auf 10 cm²/V·s oder höher, weiter auf 20 cm²/V·s oder höher erhöht. Es sei angemerkt, dass die Feldeffektbeweglichkeit hier nicht ein Annäherungswert der Beweglichkeit als physikalische Kenngröße des Oxidhalbleiterfilms ist, sondern eine scheinbare Feldeffektbeweglichkeit in einem Sättigungsbereich des Transistors ist, die ein Index der Stromtreiberfähigkeit ist.
Eine Struktur eines Oxidhalbleiterfilms wird nachstehend beschrieben.
Ein Oxidhalbleiterfilm wird grob in einen einkristallinen Oxidhalbleiterfilm und einen nicht einkristallinen Oxidhalbleiterfilm eingeteilt. Der nicht einkristalline Oxidhalbleiterfilm bezeichnet einen amorphen Oxidhalbleiterfilm, einen mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilm, einen polykristallinen Oxidhalbleiterfilm, einen Film aus einem CAAC-OS (einem C-Axis-Aligned-Crystalline-Oxide-Semiconductor bzw. einem kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse) oder dergleichen.
Es handelt sich bei dem amorphen Oxidhalbleiterfilm um einen Oxidhalbleiterfilm, in dem die Atomanordnung ungeordnet ist und der keine kristalline Komponente enthält. Ein typisches Beispiel dafür ist ein Oxidhalbleiterfilm, der keinen Kristallteil auch in einem mikroskopischen Bereich enthält und als Ganzes eine vollständig amorphe Struktur aufweist.
Der mikrokristalline Oxidhalbleiterfilm enthält beispielsweise einen Mikrokristall (auch als Nanokristall bezeichnet) mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als 10 nm. Daher weist der mikrokristalline Oxidhalbleiterfilm einen höheren Grad an Atomordnung auf als der amorphe Oxidhalbleiterfilm. Daher besteht ein Merkmal des mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilms darin, dass seine Defektzustandsdichte niedriger ist als diejenige des amorphen Oxidhalbleiterfilms.
Der CAAC-OS-Film ist einer der Oxidhalbleiterfilme, die eine Vielzahl von Kristallteilen enthalten, wobei die meisten Kristallteile jeweils in einen Würfel passen, dessen Kantenlänge kleiner als 100 nm ist. Deshalb gibt es einen Fall, in dem ein in dem CAAC-OS-Film enthaltener Kristallteil in einen Würfel passt, dessen Kantenlänge weniger als 10 nm, weniger als 5 nm oder weniger als 3 nm ist. Ein Merkmal des CAAC-OS-Films besteht darin, dass seine Defektzustandsdichte niedriger ist als diejenige des mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilms. In dem CAAC-OS-Film, der mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM: Transmission Electron Microscope) beobachtet wird, kann eine Grenze zwischen Kristallteilen, d. h. eine Kristallkorngrenze (auch als Korngrenze bezeichnet), nicht deutlich beobachtet werden. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit wegen der Kristallkorngrenze entsteht.
Laut einer TEM-Beobachtung des CAAC-OS-Films, die in der Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche erfolgt (Querschnitts-TEM-Beobachtung), sind Metallatome in einer geschichteten Weise in den Kristallteilen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die den Zustand einer Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist (auch als Bildungsoberfläche bezeichnet), oder seiner Oberseite widerspiegelt, und ist parallel zu der Bildungsoberfläche oder der Oberseite des CAAC-OS-Films angeordnet.
In dieser Beschreibung bezeichnet „parallel” einen Zustand, in dem zwei gerade Linien in einem Winkel von größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° angeordnet sind. Folglich gibt es auch einen Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zusätzlich bezeichnet „senkrecht” einen Zustand, in dem zwei gerade Linien in einem Winkel von größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° angeordnet sind. Folglich gibt es auch einen Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist.
Dahingegen sind laut einer TEM-Beobachtung des CAAC-OS-Films in der Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche (Draufsicht-TEM-Beobachtung) Metallatome in einer dreieckigen Konfiguration oder einer sechseckigen Konfiguration in den Kristallbereichen angeordnet. Zwischen unterschiedlichen Kristallteilen wird jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung von Metallatomen beobachtet.
Aus der Querschnitt-TEM-Beobachtung und der Draufsicht-TEM-Beobachtung wird eine Ausrichtung in den Kristallteilen des CAAC-OS-Films festgestellt.
Ein CAAC-OS-Film wird einer Strukturanalyse mit einem Röntgenbeugungsgeräts (XRD: X-Ray Diffraction) unterzogen. Wenn beispielsweise der CAAC-OS-Film, der einen InGaZnO₄-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren analysiert wird, erscheint in einigen Fällen ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ) von ungefähr 31°. Dieser Peak stammt aus der (009)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS-Film eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in der Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der Oberseite ausgerichtet sind.
Andererseits erscheint dann, wenn der CAAC-OS-Film durch ein In-Plane-Verfahren analysiert wird, bei dem ein Röntgenstrahl im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse gerichtet wird, in einigen Fällen ein Peak bei 2θ von ungefähr 56°. Dieser Peak stammt aus der (110)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls.
Die Probe wird einer Analyse (ϕ-Scan) unterzogen, während sie um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (Achse) gedreht wird, wobei 2θ auf ungefähr 56° festgelegt wird. Im Falle eines einkristallinen Oxidhalbleiterfilms aus InGaZnO₄ werden sechs Peaks beobachtet, die aus Kristallebenen stammen, die der (110)-Ebene gleich sind. Dagegen erscheint im Falle eines CAAC-OS-Films kein deutlicher Peak, auch wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf ungefähr 56° festgelegt wird.
Den obigen Ergebnissen zufolge weist der CAAC-OS-Film eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse auf, und die c-Achsen sind in der Richtung parallel zum Normalenvektor der Bildungsoberfläche oder der Oberseite ausgerichtet, während die a-Achsen und b-Achsen zwischen unterschiedlichen Kristallteilen unregelmäßig ausgerichtet sind. Jede Metallatomlage, die geschichtet angeordnet ist, was durch die Querschnitt-TEM-Beobachtung bestätigt wird, entspricht daher einer Ebene parallel zur a-b-Ebene des Kristalls.
Es sei angemerkt, dass der Kristallteil gleichzeitig mit einer Abscheidung des CAAC-OS-Films oder durch eine Kristallisierungsbehandlung, wie z. B. eine Wärmebehandlung, gebildet wird. Wie oben beschrieben, ist die c-Achse des Kristalls in der Richtung parallel zum Normalenvektor der Bildungsoberfläche oder der Oberseite des CAAC-OS-Films ausgerichtet. Deshalb könnte beispielsweise in dem Fall, in dem die Form des CAAC-OS-Films durch Ätzen oder dergleichen geändert wird, die c-Achse des Kristalls nicht notwendigerweise parallel zum Normalenvektor der Bildungsoberfläche oder der Oberseite des CAAC-OS-Films sein.
Ferner ist die Kristallinität in dem CAAC-OS-Film nicht notwendigerweise gleichmäßig. In dem Fall, in dem ein Kristallteil in dem CAAC-OS-Film beispielsweise durch ein Kristallwachstum gebildet wird, das von der näheren Umgebung der Oberseite des CAAC-OS-Films ausgeht, ist die Kristallinität in einem Bereich in der Nähe der Oberseite in einigen Fällen höher als diejenige in einem Bereich in der Nähe der Bildungsoberfläche. Ferner kann in dem Fall, in dem eine Verunreinigung dem CAAC-OS-Film zugesetzt wird, die Kristallinität in einem Bereich, dem die Verunreinigung zugesetzt wird, geändert werden, so dass Bereiche mit verschiedener Kristallinität lokal gebildet werden können.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn der einen InGaZnO₄-Kristall enthaltende CAAC-OS-Film durch ein Out-of-Plane-Verfahren bzw.
Außer-der-Ebene-Verfahren analysiert wird, auch ein Peak bei 2θ von ungefähr 36° zusätzlich zu dem Peak bei 2θ von ungefähr 31° erscheinen kann. Der Peak bei 2θ von ungefähr 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS-Films enthalten ist. Es wird bevorzugt, dass in dem CAAC-OS-Film ein Peak bei 2θ von ungefähr 31° erscheint und kein Peak bei 2θ von ungefähr 36° erscheint.
Bei einem Transistor, bei dem der CAAC-OS-Film verwendet wird, ist eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften, die auf eine Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht zurückzuführen ist, gering. Folglich weist der Transistor hohe Zuverlässigkeit auf.
Es sei angemerkt, dass es sich bei einem Oxidhalbleiterfilm um einen mehrschichtigen Film handeln kann, der beispielsweise zwei oder mehrere Arten aus einem amorphen Oxidhalbleiterfilm, einem mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilm und einem CAAC-OS-Film umfasst.
Zudem werden vorzugsweise die folgenden Bedingungen für die Abscheidung des CAAC-OS-Films eingesetzt.
Indem das Eindringen von Verunreinigungen während der Abscheidung unterdrückt wird, kann verhindert werden, dass der Kristallzustand durch die Verunreinigungen beschädigt wird. Beispielsweise kann die Konzentration der in einer Behandlungskammer vorhandenen Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Wasser, Kohlendioxid oder Stickstoff) verringert werden. Außerdem kann die Verunreinigungskonzentration in einem Abscheidungsgas verringert werden. Insbesondere wird ein Abscheidungsgas verwendet, dessen Taupunkt bei –80°C oder niedriger, bevorzugt bei –100°C oder niedriger liegt.
Darüber hinaus tritt durch Erhöhung der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung eine Wanderung eines gesputterten Teilchens auf, nachdem das es ein Substrat erreicht hat. Insbesondere wird die Abscheidung bei einer Erwärmungstemperatur des Substrats von höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 740°C, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 500°C durchgeführt. Durch Zunahme der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung tritt dann, wenn ein plattenförmiges oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen das Substrat erreicht, eine Migration auf dem Substrat auf, so dass eine plane Fläche des gesputterten Teilchens an dem Substrat haftet.
Außerdem wird vorzugsweise der Sauerstoffanteil im Abscheidungsgas erhöht und wird die Leistung optimiert, um Plasmaschäden während der Abscheidung zu verringern. Der Anteil an Sauerstoff in dem Abscheidungsgas beträgt 30 Vol.-% oder höher, bevorzugt 100 Vol.-%.
Als Beispiel für das Target wird ein Target aus einem In-Ga-Zn-Oxid nachstehend beschrieben.
Ein polykristallines In-Ga-Zn-Oxidtarget wird erhalten, indem InO_X-Pulver, GaO_Y-Pulver und ZnO_Z-Pulver in einem vorbestimmten Molverhältnis vermischt werden, ein Druck ausgeübt wird und dann eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur höher als oder gleich 1000°C und niedriger als oder gleich 1500°C durchgeführt wird. Es sei angemerkt, dass X, Y und Z gegebene positive Zahlen sind. Hier beträgt das vorbestimmte Molverhältnis des InO_X-Pulvers zu dem GaO_Y-Pulver und dem ZnO_Z-Pulver beispielsweise 2:2:1, 8:4:3, 3:1:1, 1:1:1, 4:2:3, 2:1:3 oder 3:1:2. Es sei angemerkt, dass die Pulverarten und das Molverhältnis, in dem sie vermischt werden, gegebenenfalls je nach dem auszubildenden Target geändert werden können. Im Besonderen kann in einem CAAC-OS-Film, der unter Verwendung eines Targets mit einem Molverhältnis von In zu Ga und Zn von 2:1:3 ausgebildet wird, der Anteil eines Bereichs, in dem ein Beugungsbild des CAAC-OS in einer bestimmten Fläche beobachtet wird (auch als CAAC-Anteil bezeichnet), erhöht werden; daher kann ein Transistor, der einen Kanalbildungsbereich in dem CAAC-OS-Film aufweist, ausgezeichnete Frequenzeigenschaften (f-Eigenschaften) aufweisen.
Es sei angemerkt, dass Alkalimetall, das kein Bestandselement des Oxidhalbleiters ist, eine Verunreinigung ist. Erdalkalimetall ist ebenfalls eine Verunreinigung, falls es kein Bestandselement des Oxidhalbleiters ist. In dem Fall, in dem es sich bei einem isolierenden Film, der in Kontakt mit einem Oxidhalbleiterfilm ist, um ein Oxid handelt, diffundiert im Besonderen Na, unter den Alkalimetallen, in den isolierenden Film und wird zu Na⁺. In dem Oxidhalbleiterfilm bricht außerdem Na eine Metall-Sauerstoff-Bindung, die in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, oder tritt in die Bindung ein. Als Ergebnis verschlechtern sich die elektrischen Eigenschaften eines Transistors; beispielsweise bewirkt eine negative Verschiebung der Schwellenspannung, dass sich der Transistor „normalerweise eingeschaltet” verhält, oder die Beweglichkeit wird reduziert. Zudem treten auch Schwankungen der Eigenschaften auf. Insbesondere ist die Na-Konzentration, die durch eine Sekundärionen-Massenspektrometrie gemessen wird, bevorzugt 5 × 10¹⁶/cm³ oder niedriger, noch bevorzugter 1 × 10¹⁶/cm³ oder niedriger, sogar noch bevorzugter bevorzugt 1 × 10¹⁵/cm³ oder niedriger. In ähnlicher Weise ist die gemessene Li-Konzentration bevorzugt 5 × 10¹⁵/cm³ oder niedriger, noch bevorzugter 1 × 10¹⁵/cm³ oder niedriger. In ähnlicher Weise ist die gemessene K-Konzentration bevorzugt 5 × 10¹⁵/cm³ oder niedriger, noch bevorzugter 1 × 10¹⁵/cm³ oder niedriger.
In dem Fall, in dem ein Indium enthaltendes Metalloxid verwendet wird, könnten Silizium oder Kohlenstoff, welche höhere Bindungsenergie an Sauerstoff als Indium aufweisen, die Indium-Sauerstoff-Bindung brechen, so dass eine Sauerstofffehlstelle gebildet werden kann. Dementsprechend ist es dann, wenn Silizium oder Kohlenstoff in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, wahrscheinlich, dass sich, wie im Falle von Alkalimetall oder Erdalkalimetall, die elektrischen Eigenschaften des Transistors verschlechtern. Demnach sind die Konzentration von Silizium und diejenige von Kohlenstoff in dem Oxidhalbleiterfilm vorzugsweise niedrig. Insbesondere ist die C-Konzentration oder die Si-Konzentration, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie gemessen wird, vorzugsweise 1 × 10¹⁸/cm³ oder niedriger. Bei der vorstehenden Struktur kann die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Transistors verhindert werden, so dass die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert werden kann.
<Beispiel für die Querschnittsstruktur der Halbleitervorrichtung>
23 stellt ein Beispiel für eine Querschnittsstruktur einer analogen Rechenschaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Es sei angemerkt, dass 23 eine Querschnittsansicht des Transistors 16, der in der in 3 dargestellten Speicherschaltung 12 enthalten ist, und des Transistors 26 veranschaulicht, der in der in 5 dargestellten Rechenschaltung 13 enthalten ist. Insbesondere zeigt ein Bereich entlang der gestrichelten Linie A1-A2 eine Struktur des Transistors 16 und des Transistors 26 in der Kanallängsrichtung. Ein Bereich entlang der gestrichelten Linie A3-A4 zeigt eine Struktur des Transistors 16 und des Transistors 26 in der Kanalquerrichtung. Es sei angemerkt, dass bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Kanallängsrichtung eines Transistors nicht notwendigerweise mit der Kanallängsrichtung eines weiteren Transistors übereinstimmt.
Es sei angemerkt, dass mit der „Kanallängsrichtung” eines Transistors eine Richtung gemeint ist, in der sich ein Ladungsträger zwischen einer Source (einem Source-Bereich oder einer Source-Elektrode) und einem Drain (einem Drain-Bereich oder einer Drain-Elektrode) bewegt, und dass mit der „Kanalquerrichtung” eine Richtung gemeint ist, die senkrecht zur Kanallängsrichtung in einer Ebene parallel zu einem Substrat ist.
Des Weiteren ist bei dem in 23 dargestellten Beispiel der Transistor 16, der einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm aufweist, über dem Transistor 26 ausgebildet, der einen Kanalbildungsbereich in einem einkristallinen Siliziumsubstrat aufweist.
Als Substrat 400, auf dem der Transistor 26 ausgebildet ist, kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat, ein Germaniumsubstrat oder ein Silizium-Germaniumsubstrat verwendet werden. 23 stellt ein Beispiel dar, bei dem ein einkristallines Siliziumsubstrat als Substrat 400 verwendet wird.
Zusätzlich ist der Transistor 26 durch ein Elementisolationsverfahren elektrisch isoliert. Als Elementisolationsverfahren kann ein Grabenisolationsverfahren (STI: Shallow-Trench-Isolation bzw. Flachgrabenisolation) oder dergleichen zum Einsatz kommen. 23 stellt ein Beispiel dar, bei dem ein Grabenisolationsverfahren verwendet wird, um den Transistor 26 elektrisch zu isolieren. Bei dem in 23 dargestellten Beispiel wird insbesondere der Transistor 26 einer Elementisolation unter Verwendung eines Elementisolationsbereichs 401 unterzogen, der wie folgt ausgebildet wird: Ein Isolator, der Siliziumoxid oder dergleichen enthält, wird in einem Graben eingebettet, der durch Ätzen oder dergleichen in dem Substrat 400 ausgebildet wird, und dann der Isolator wird durch Ätzen oder dergleichen teilweise entfernt.
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der Transistor 26 die gleiche Polarität wie ein ihm benachbarter Transistor aufweist, die Elementisolation zwischen den benachbarten Transistoren nicht notwendigerweise durchgeführt wird. In diesem Fall kann der Layoutbereich verringert werden.
In einem Vorsprung des Substrats 400, der in einem Bereich verschieden von dem Graben vorhanden ist, sind ein Verunreinigungsbereich 402 und ein Verunreinigungsbereich 403 des Transistors 26 sowie ein Kanalbildungsbereich 404 bereitgestellt, der zwischen dem Verunreinigungsbereich 402 und dem Verunreinigungsbereich 403 positioniert ist. Ferner beinhaltet der Transistor 26 einen isolierenden Film 405, der den Kanalbildungsbereich 404 bedeckt, und eine Gate-Elektrode 406, die den Kanalbildungsbereich 404 überlappt, wobei der isolierende Film 405 dazwischen positioniert ist.
Bei dem Transistor 26 überlappen ein Seitenabschnitt und ein Oberabschnitt des Vorsprungs des Kanalbildungsbereichs 404 die Gate-Elektrode 406, wobei der isolierende Film 405 dazwischen positioniert ist, so dass Ladungsträger in einem weiten Bereich fließen, der den Seitenabschnitt und den Oberabschnitt des Kanalbildungsbereichs 404 umfasst. Daher kann das Ausmaß der Ladungsträgerbewegung in dem Transistor 26 erhöht werden, während die Fläche über dem Substrat, die von dem Transistor 26 eingenommen wird, klein gehalten wird. Als Ergebnis werden der Durchlassstrom und die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 26 erhöht. Es geht davon aus, dass die Länge des Vorsprungs des Kanalbildungsbereichs 404 in der Kanalquerrichtung (Kanalbreite) durch W dargestellt wird und dass die Dicke des Vorsprungs des Kanalbildungsbereichs 404 durch T dargestellt wird. Wenn das Aspektverhältnis der Dicke T zur Kanalbreite W hoch ist, fließen Ladungsträger besonders in einem weiteren Bereich. Somit können der Durchlassstrom und die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 26 weiter erhöht werden.
Es sei angemerkt, dass bei dem Transistor 26, bei dem ein Bulk-Halbleitersubstrat verwendet wird, das Aspektverhältnis bevorzugt 0,5 oder höher, noch bevorzugter 1 höher mehr ist.
Ein isolierender Film 411 ist über dem Transistor 26 bereitgestellt. Öffnungen sind in dem isolierenden Film 411 ausgebildet. Des Weiteren sind ein leitender Film 412 und ein leitender Film 413, welche elektrisch mit dem Verunreinigungsbereich 402 bzw. dem Verunreinigungsbereich 403 verbunden sind, sowie ein leitender Film 414, der elektrisch mit der Gate-Elektrode 406 verbunden ist, sind in den Öffnungen ausgebildet.
Ferner ist der leitende Film 412 elektrisch mit einem leitenden Film 416 verbunden, der über dem isolierenden Film 411 ausgebildet ist. Der leitende Film 413 ist elektrisch mit einem leitenden Film 417 verbunden, der über dem isolierenden Film 411 ausgebildet ist. Der leitende Film 414 ist elektrisch mit einem leitenden Film 418 verbunden, der über dem isolierenden Film 411 ausgebildet ist.
Ein isolierender Film 420 ist über den leitenden Filmen 416 bis 418 bereitgestellt. Ferner ist ein isolierender Film 421, der einen Sperreffekt zum Verhindern der Diffusion von Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser aufweist, über dem isolierenden Film 420 bereitgestellt. Wenn der isolierende Film 421 eine höhere Dichte aufweist und dichter ist oder weniger offene Bindungen aufweist und chemisch stabiler ist, wird sein Sperreffekt verbessert. Für den isolierenden Film 421, der einen Sperreffekt zum Verhindern der Diffusion von Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser aufweist, kann beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Galliumoxid, Galliumoxynitrid, Yttriumoxid, Yttriumoxynitrid, Hafniumoxid oder Hafniumoxynitrid verwendet werden. Für den isolierenden Film 421, der einen Sperreffekt zum Verhindern der Diffusion von Wasserstoff und Wasser aufweist, kann beispielsweise Siliziumnitrid oder Siliziumnitridoxid verwendet werden.
Ein isolierender Film 422 ist über dem isolierenden Film 421 bereitgestellt. Der Transistor 16 ist über dem isolierenden Film 422 bereitgestellt.
Der Transistor 16 beinhaltet einen Halbleiterfilm 430, der über dem isolierenden Film 422 liegt und einen Oxidhalbleiter enthält, einen leitenden Film 432 und einen leitenden Film 433, welche elektrisch mit dem Halbleiterfilm 430 verbunden sind und als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, einen Gate-Isolierfilm 431, der den Halbleiterfilm 430 überlappt, sowie eine Gate-Elektrode 434, die den Halbleiterfilm 430 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 431 dazwischen positioniert ist. Es sei angemerkt, dass eine Öffnung in den isolierenden Filmen 420 bis 422 bereitgestellt ist. Der leitende Film 433 ist mit dem leitenden Film 418 in der Öffnung verbunden.
Es sei angemerkt, dass in 23 der Transistor 16 die Gate-Elektrode 434 auf mindestens einer Seite des Halbleiterfilms 430 beinhalten kann; alternativ kann er ferner eine Gate-Elektrode beinhalten, die den Halbleiterfilm 430 überlappt, wobei der isolierende Film 422 dazwischen positioniert ist.
In dem Fall, in dem der Transistor 16 ein Paar von Gate-Elektroden beinhaltet, kann einer der Gate-Elektroden ein Signal zum Steuern des Durchlasszustandes oder des Sperrzustandes zugeführt werden, und die andere Gate-Elektrode kann mit einem Potential aus einer weiteren Quelle versorgt werden. In diesem Fall können dem Paar von Gate-Elektroden Potentiale auf dem gleichen Pegel zugeführt werden, oder ein festes Potential, wie z. B. das Erdpotential, kann nur der anderen Gate-Elektrode zugeführt werden. Durch Steuern des Pegels des Potentials, das der anderen Gate-Elektrode zugeführt wird, kann die Schwellenspannung des Transistors gesteuert werden.
Zudem veranschaulicht 23 den Fall, in dem der Transistor 16 eine Einzel-Gate-Struktur aufweist, bei der ein einziger Kanalbildungsbereich bereitgestellt ist, der einer einzigen Gate-Elektrode 434 entspricht. Jedoch kann der Transistor 16 eine Multi-Gate-Struktur aufweisen, bei der eine Vielzahl von Gate-Elektroden, die elektrisch miteinander verbunden sind, bereitgestellt ist, so dass eine Vielzahl von Kanalbildungsbereichen in einer aktiven Schicht enthalten ist.
Darüber hinaus umfasst der Halbleiterfilm 430 des Transistors 16, wie beispielhaft in 23 dargestellt, Oxidhalbleiterfilme 430a bis 430c, die übereinander über dem isolierenden Film 422 angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Halbleiterfilm 430, der in dem Transistor 16 enthalten ist, unter Verwendung eines einschichtigen Metalloxidfilms ausgebildet werden kann.
<Beispiele für elektronische Vorrichtungen>
Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für Anzeigevorrichtungen, Personal-Computer oder Bildwiedergabevorrichtungen, die mit Aufzeichnungsmedien versehen sind (typischerweise Vorrichtungen, die den Inhalt von Aufzeichnungsmedien, wie z. B. DVDs (Digital Versatile Discs), wiedergeben und Bildschirme zum Anzeigen der Bilder aufweisen) verwendet werden. Als weitere elektronische Vorrichtungen, für die die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, können Mobiltelefone, Spielkonsolen einschließlich tragbarer Spielkonsolen, tragbare Informationsendgeräte, E-Book-Leser, Kameras, wie z. B. Videokameras und digitale Fotokameras, Videobrillen (am Kopf befestigte Bildschirme), Navigationssysteme, Audiowiedergabevorrichtungen (z. B. Auto-Audiokomponenten und digitale Audio-Player), Kopierer, Telefaxgeräte, Drucker, Multifunktionsdrucker, Geldautomaten (GA), Warenautomaten und medizinische Einrichtungen angegeben werden. 25 stellt konkrete Beispiele für diese elektronischen Vorrichtungen dar.
25(A) stellt eine tragbare Spielkonsole dar, die ein Gehäuse 5001, ein Gehäuse 5002, einen Anzeigeabschnitt 5003, einen Anzeigeabschnitt 5004, ein Mikrofon 5005, einen Lautsprecher 5006, eine Bedientaste 5007, einen Stift 5008 und dergleichen beinhaltet. Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene integrierte Schaltungen in der tragbaren Spielkonsole verwendet werden. Es sei angemerkt, dass, obwohl die in 25(A) dargestellte tragbare Spielkonsole zwei Anzeigeabschnitte 5003 und 5004 beinhaltet, die Anzahl von in der tragbaren Spielkonsole enthaltenen Anzeigeabschnitten nicht darauf beschränkt ist.
25(B) stellt ein tragbares Informationsendgerät dar, das ein erstes Gehäuse 5601, ein zweites Gehäuse 5602, einen ersten Anzeigeabschnitt 5603, einen zweiten Anzeigeabschnitt 5604, ein Gelenk 5605, eine Bedientaste 5606 und dergleichen beinhaltet. Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene integrierte Schaltungen in dem tragbaren Informationsendgerät verwendet werden. Der erste Anzeigeabschnitt 5603 ist in dem ersten Gehäuse 5601 bereitgestellt, und der zweite Anzeigeabschnitt 5604 ist in dem zweiten Gehäuse 5602 bereitgestellt. Des Weiteren sind das erste Gehäuse 5601 und das zweite Gehäuse 5602 durch das Gelenk 5605 miteinander verbunden, und der Winkel zwischen dem ersten Gehäuse 5601 und dem zweiten Gehäuse 5602 kann mit dem Gelenk 5605 geändert werden. Bilder auf dem ersten Anzeigeabschnitt 5603 können entsprechend dem Winkel an dem Gelenk 5605 zwischen dem ersten Gehäuse 5601 und dem zweiten Gehäuse 5602 geschaltet werden. Zusätzlich kann eine Anzeigevorrichtung mit einer Funktion einer Positionseingabevorrichtung für den ersten Anzeigeabschnitt 5603 und/oder den zweiten Anzeigeabschnitt 5604 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Funktion einer Positionseingabevorrichtung hinzugefügt werden kann, indem ein Touchscreen in einer Anzeigevorrichtung bereitgestellt wird. Alternativ kann die Funktion einer Positionseingabevorrichtung hinzugefügt werden, indem ein photoelektrisches Umwandlungselement, das auch ein Photosensor genannt wird, in einem Pixelabschnitt einer Anzeigevorrichtung bereitgestellt wird.
25(C) stellt einen Laptop dar, der ein Gehäuse 5401, einen Anzeigeabschnitt 5402, eine Tastatur 5403, eine Zeigevorrichtung 5404 und dergleichen beinhaltet. Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene integrierte Schaltungen in dem Laptop verwendet werden.
25(D) stellt einen Handspiegel dar, der ein erstes Gehäuse 5301, ein zweites Gehäuse 5302, einen Spiegel 5303, ein Gelenk 5304 und dergleichen beinhaltet. Das erste Gehäuse 5301 und das zweite Gehäuse 5302 sind durch das Gelenk 5304 miteinander verbunden, und der Winkel zwischen dem ersten Gehäuse 5301 und dem zweiten Gehäuse 5302 kann mit dem Gelenk 5304 geändert werden. Des Weiteren werden Beleuchtungsvorrichtungen für das erste Gehäuse 5301 und das zweite Gehäuse 5302 verwendet. Die Beleuchtungsvorrichtungen beinhalten jeweils ein planares lichtemittierendes Element. Das lichtemittierende Element kann dazu konfiguriert sein, ein Umschalten zwischen dem Lichtemissionszustand und dem Nicht-Leitungszustand entsprechend dem Winkel an dem Gelenk 5304 zwischen dem ersten Gehäuse 5301 und dem zweiten Gehäuse 5302 zu ermöglichen. Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene integrierte Schaltungen zum Steuern des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden.
25(E) stellt eine Armbandanzeigevorrichtung dar, die ein Gehäuse 5701 mit einer gekrümmten Oberfläche, einen Anzeigeabschnitt 5702 und dergleichen beinhaltet. Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene integrierte Schaltungen zum Steuern des Betriebs einer Anzeigevorrichtung, die für den Anzeigeabschnitt 5702 verwendet wird, verwendet werden.
25(F) stellt ein Mobiltelefon dar. Ein Gehäuse 5901, das eine gekrümmte Oberfläche aufweist, ist mit einem Anzeigeabschnitt 5902, einem Mikrofon 5907, einem Lautsprecher 5904, einer Kamera 5903, einem externen Verbindungsanschluss 5906 und einem Bedienknopf 5905 versehen. Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene integrierte Schaltungen zum Steuern des Betriebs einer Anzeigevorrichtung, die für den Anzeigeabschnitt 5902 verwendet wird, verwendet werden.
<Weiteren>
In dieser Beschreibung und dergleichen können beispielsweise Transistoren mit verschiedenen Strukturen als Transistoren verwendet werden. Deshalb gibt es keine Beschränkung bezüglich der Art der zu verwendenden Transistoren. Als Transistor kann beispielsweise ein Transistor, der einkristallines Silizium enthält, oder ein Transistor verwendet werden, der einen Film aus einem nicht-einkristallinen Halbleiter, typischerweise amorphem Silizium, polykristallinem Silizium, mikrokristallinem Silizium (auch als Mikrokristall-, Nanokristall- oder semi-amorphem Silizium bezeichnet) oder dergleichen, enthält. Alternativ kann ein Dünnschichttransistor (TFT), der einen dünnen Film aus einem derartigen Halbleiter beinhaltet, oder dergleichen verwendet werden. Die Verwendung des TFT bietet verschiedene Vorteile an. Beispielsweise können, da er bei einer Temperatur ausgebildet werden kann, die niedriger ist als im Falle von einkristallinem Silizium, die Herstellungskosten verringert werden oder es kann eine größere Fertigungseinrichtung verwendet werden. Die größere Fertigungseinrichtung ermöglicht eine Herstellung über einem großen Substrat. Da die Herstellungstemperatur niedrig ist, kann auch ein Substrat mit niedriger Wärmebeständigkeit verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn ein Katalysator (z. B. Nickel) zum Ausbilden von mikrokristallinem Silizium verwendet wird, die Kristallinität weiter verbessert werden kann; dementsprechend kann ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften ausgebildet werden. In diesem Fall kann die Kristallinität lediglich durch eine Wärmebehandlung verbessert werden, ohne dass eine Laserbestrahlung durchgeführt wird. Es sei angemerkt, dass polykristallines Silizium oder mikrokristallines Silizium ohne Katalysator (z. B. Nickel) ausgebildet werden kann.
Es sei angemerkt, dass man als Transistor beispielsweise einen Transistor verwenden kann, der einen Verbindungshalbleiter (z. B. SiGe oder GaAs), einen Oxidhalbleiter (z. B. Zn-O, In-Ga-Zn-O, In-Zn-O, In-Sn-O (ITO), Sn-O, Ti-O, Al-Zn-Sn-O (AZTO) oder In-Sn-Zn-O) oder dergleichen enthält. Alternativ kann ein Dünnschichttransistor, der einen dünnen Film aus einem derartigen Verbindungshalbleiter oder einem derartigen Oxidhalbleiter beinhaltet, oder dergleichen verwendet werden. Da die Herstellungstemperatur gesenkt werden kann, kann ein Transistor beispielsweise bei Raumtemperatur ausgebildet werden. Dementsprechend kann ein Transistor direkt auf einem Substrat, das eine niedrige Wärmebeständigkeit aufweist, wie z. B. einem Kunststoffsubstrat oder einem Filmsubstrat, ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass ein derartiger Verbindungshalbleiter oder ein derartiger Oxidhalbleiter nicht nur für einen Kanalabschnitt des Transistors, sondern auch für sonstige Anwendungen verwendet werden kann.
Es sei angemerkt, dass man als Transistor beispielsweise einen Transistor verwenden kann, der durch ein Tintenstrahlverfahren oder ein Druckverfahren ausgebildet wird. Diese Verfahren ermöglichen eine Herstellung bei Raumtemperatur, eine Herstellung unter niedrigem Vakuum oder eine Herstellung über einem großen Substrat. Deshalb ist eine Herstellung ohne Maske (Retikel) möglich, so dass die Anordnung des Transistors leicht geändert werden kann. Alternativ können, da die Herstellung ohne Fotolack möglich ist, die Materialkosten und die Anzahl von Schritten verringert werden. Überdies kann ein Film nur in einem Abschnitt, in dem er nötig ist, ausgebildet werden; somit kann die Materialverschwendung verhindert werden, und die Kosten können im Vergleich zu einem Herstellungsverfahren, bei dem ein über der ganzen Oberfläche abgeschiedener Film geätzt wird, gespart werden.
Es sei angemerkt, dass man als Transistor beispielsweise einen Transistor verwenden kann, der einen organischen Halbleiter oder eine Kohlenstoffnanoröhre enthält. Folglich kann ein Transistor über einem biegsamen Substrat ausgebildet werden. Eine Vorrichtung mit einem Transistor, der einen organischen Halbleiter oder eine Kohlenstoffnanoröhre enthält, kann einem Schlag standhalten.
Es sei angemerkt, dass Transistoren mit verschiedenen weiteren Strukturen als Transistoren verwendet werden können. Beispielsweise kann als Transistor ein MOS-Transistor, ein Flächentransistor oder ein Bipolartransistor verwendet werden. Indem ein MOS-Transistor als Transistor verwendet wird, kann die Größe des Transistors verringert werden. Daher können viele Transistoren montiert werden. Indem ein Bipolartransistor als Transistor verwendet wird, kann ein hoher Strom zugeführt werden. Daher kann eine Schaltung mit hoher Geschwindigkeit arbeiten. Es sei angemerkt, dass ein MOS-Transistor und ein Bipolartransistor über einem Substrat ausgebildet werden können. Demzufolge können niedriger Stromverbrauch, eine Verringerung der Größe, Hochgeschwindigkeitsbetrieb und dergleichen erzielt werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet beispielsweise eine explizite Beschreibung „X und Y sind verbunden”, dass X und Y elektrisch verbunden sind, dass X und Y funktional verbunden sind und dass X und Y direkt verbunden sind. Folglich ist, ohne auf eine vorbestimmte Verbindungsbeziehung, wie z. B. eine in einer Zeichnung oder einem Text gezeigte Verbindungsbeziehung, beschränkt zu sein, eine Verbindungsbeziehung möglich, die verschieden von der in einer Zeichnung oder einem Text gezeigten Verbindungsbeziehung ist.
Hier stellen X und Y jeweils einen Gegenstand dar (z. B. eine Vorrichtung, ein Bauelement, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film oder eine Schicht).
Beispielsweise kann/können in dem Fall, in dem X und Y elektrisch verbunden sind, ein oder mehrere Elemente, das/die eine elektrische Verbindung zwischen X und Y ermöglicht/ermöglichen (z. B. ein Schalter, ein Transistor, ein Kondensator, ein Induktor, ein Widerstand, eine Diode, ein Anzeigeelement, ein lichtemittierendes Element oder eine Last), zwischen X und Y angeschlossen sein. Es sei angemerkt, dass ein Schalter derart funktioniert, dass er ein- oder ausgeschaltet wird. Das heißt, dass ein Schalter eine Funktion aufweist, nämlich dass er, indem er in den leitenden Zustand (Durchlasszustand) oder den nicht-leitenden Zustand (Sperrzustand) versetzt wird, steuert, ob der Strom fließt oder nicht. Alternativ weist der Schalter eine Funktion zum Auswählen und Umschalten eines Strompfades auf.
In dem Fall, in dem beispielsweise X und Y funktional verbunden sind, kann/können eine oder mehrere Schaltung/en, die eine funktionale Verbindung zwischen X und Y ermöglicht/ermöglichen (z. B. eine Logikschaltung (ein Inverter, eine NAND-Schaltung, eine NOR-Schaltung oder dergleichen), eine Signalwandlerschaltung (eine DA-Wandlerschaltung, eine AD-Wandlerschaltung, eine Gammakorrekturschaltung oder dergleichen), eine Potentialpegel-Wandlerschaltung (eine Stromversorgungsschaltung (wie z. B. eine Aufwärtsschaltung oder eine Abwärtsschaltung), eine Pegelverschiebungsschaltung zum Ändern des Potentialpegels eines Signals oder dergleichen), eine Spannungsquelle, eine Stromquelle, eine schaltende Schaltung, eine Verstärkerschaltung (eine Schaltung, die die Signalamplitude, die Strommenge oder dergleichen erhöhen kann, ein Operationsverstärker, eine Differenzverstärkerschaltung, eine Source-Folgeschaltung, eine Pufferschaltung oder dergleichen), eine Signalerzeugungsschaltung, eine Speicherschaltung oder eine Steuerschaltung), zwischen X und Y angeschlossen sein. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem beispielsweise ein aus X ausgegebenes Signal auf Y übertragen wird, X und Y funktional verbunden sind, wobei auch eine weitere Schaltung zwischen X und Y positioniert ist.
Es sei angemerkt, dass eine explizite Beschreibung „X und Y sind elektrisch verbunden” bedeutet, nicht nur dass X und Y elektrisch verbunden sind (d. h., dass X und Y verbunden sind, wobei ein weiteres Element oder eine weitere Schaltung dazwischen positioniert ist), sondern auch dass X und Y funktional verbunden sind (d. h., dass X und Y funktional verbunden sind, wobei eine weitere Schaltung dazwischen positioniert ist) und dass X und Y direkt verbunden sind (d. h., dass X und Y verbunden sind, wobei kein weiteres Element oder keine weitere Schaltung dazwischen positioniert ist). Das heißt, dass der explizite Ausdruck „elektrisch verbunden” dem expliziten, einfachen Ausdruck „sind verbunden” entspricht.
Es sei angemerkt, dass beispielsweise jede der folgenden Beschreibungen für den Fall, in dem eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors über (oder nicht über) Z1 elektrisch mit X verbunden ist und ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors über (oder nicht über) Z2 elektrisch mit Y verbunden ist, oder den Fall, in dem eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors direkt mit einem Teil von Z1 verbunden ist und ein weiterer Teil von Z1 direkt mit X verbunden ist, während ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors direkt mit einem Teil von Z2 verbunden ist und ein weiterer Teil von Z2 direkt mit Y verbunden ist, verwendet werden kann.
Beispiele für die Beschreibung umfassen „X, Y sowie eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) und ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) eines Transistors sind elektrisch miteinander verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind in dieser Reihenfolge elektrisch verbunden”, „eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors ist elektrisch mit X verbunden, ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors ist elektrisch mit Y verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind in dieser Reihenfolge elektrisch verbunden” und „X ist über eine Source (oder einen ersten Anschluss oder dergleichen) und einen Drain (oder einen zweiten Anschluss oder dergleichen) eines Transistors elektrisch mit Y verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind derart angeordnet, dass sie in dieser Verbindungsreihenfolge bereitgestellt sind”. Wenn die Verbindungsreihenfolge bei einer Schaltungskonfiguration durch eine Beschreibung, die diesen Beispielen ähnlich ist, definiert wird, kann man eine Source (oder einen ersten Anschluss oder dergleichen) und einen Drain (oder einen zweiten Anschluss oder dergleichen) eines Transistors voneinander unterscheiden, um den technischen Einflussbereich zu bestimmen. Es sei angemerkt, dass diese Beschreibungen einfach Beispiele sind und dass keine Beschränkung auf diese Beschreibungen vorgenommen wird. Hier stellen X, Y, Z1 und Z2 jeweils einen Gegenstand dar (z. B. eine Vorrichtung, ein Element, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film oder eine Schicht).
Es sei angemerkt, dass selbst dann, wenn unabhängige Komponenten in einem Schaltplan elektrisch miteinander verbunden sind, eine Komponente in einigen Fällen Funktionen einer Vielzahl von Komponenten aufweist. Wenn zum Beispiel ein Teil einer Leitung auch als Elektrode dient, weist ein leitender Film Funktionen der beiden Komponenten auf, nämlich eine Funktion der Leitung und eine Funktion der Elektrode. Folglich umfasst die Kategorie „elektrische Verbindung” in dieser Beschreibung einen solchen Fall, in dem ein leitender Film Funktionen einer Vielzahl von Komponenten aufweist.
Es sei angemerkt, dass ein Inhalt (oder ein Teil des Inhalts) einer Ausführungsform auf einen unterschiedlichen Inhalt (oder einen Teil des Inhalts) der Ausführungsform und/oder einen Inhalt (oder einen Teil des Inhalts) einer oder mehrerer verschiedener Ausführungsform/en angewendet, mit ihm/ihnen kombiniert oder durch ihn/sie ersetzt werden kann.
Es sei angemerkt, dass es sich bei jeder Ausführungsform bei einem Inhalt der Ausführungsform um einen Inhalt, der unter Bezugnahme auf verschiedene Zeichnungen beschrieben wird, oder einen Inhalt handelt, der mit einem Text in dieser Beschreibung beschrieben wird.
Es sei angemerkt, dass, indem eine Zeichnung (oder ein Teil davon) einer Ausführungsform mit einem weiteren Teil der Zeichnung, einer unterschiedlichen Zeichnung (oder einem Teil davon) der Ausführungsform und/oder einer Zeichnung (oder einem Teil davon) einer oder mehrerer verschiedener Ausführungsform/en kombiniert wird, viel mehr Zeichnungen gebildet werden können.
Es sei angemerkt, dass bezüglich eines Inhalts, der in keiner Zeichnung oder keinem Text in der Beschreibung spezifiziert wird, eine Ausführungsform der Erfindung ohne diesen Inhalt gebildet werden kann. Alternativ kann dann, wenn der Bereich eines Wertes, der beispielsweise durch den Maximalwert und den Minimalwert definiert wird, beschrieben wird, der Bereich frei eingeschränkt werden oder es kann ein Wert in dem Bereich ausgeschlossen werden, so dass eine Ausführungsform der Erfindung durch den Bereich festgelegt werden kann, aus dem ein Teil ausgeschlossen ist. Auf diese Weise ist es möglich, den technischen Umfang einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise derart festzulegen, dass eine herkömmliche Technologie ausgeschlossen wird.
Als konkretes Beispiel wird ein Schaltplan angegeben, der eine Schaltung mit ersten bis fünften Transistoren darstellt. In diesem Fall kann die Erfindung durch die Schaltung ohne sechsten Transistor oder durch die Schaltung ohne Kondensator festgelegt werden. Außerdem kann man die Erfindung bilden, die durch die Schaltung ohne sechsten Transistor, der eine bestimmte Verbindungsstruktur aufweist, festgelegt wird. Es ist auch möglich, die Erfindung zu bilden, die durch die Schaltung ohne Kondensator, der eine bestimmte Verbindungsstruktur aufweist, festgelegt wird. Beispielsweise kann die Erfindung durch das Fehlen eines sechsten Transistors, dessen Gate mit einem Gate des dritten Transistors verbunden ist, festgelegt werden. Alternativ kann die Erfindung beispielsweise durch das Fehlen eines Kondensators, dessen erste Elektrode mit dem Gate des dritten Transistors verbunden ist, festgelegt werden.
Als weiteres konkretes Beispiel wird beispielsweise die Beschreibung eines Wertes „eine Spannung ist vorzugsweise höher als oder gleich 3 V und niedriger oder als gleich 10 V” angegeben. In diesem Fall kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem die Spannung höher als oder gleich –2 V und niedriger als oder gleich 1 V ist. Alternativ kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem die Spannung höher als oder gleich 13 V ist. Es sei angemerkt, dass es auch möglich ist, die Erfindung beispielsweise durch die Spannung im Bereich von 5 V bis 8 V festzulegen. Es sei angemerkt, dass es auch möglich ist, die Erfindung beispielsweise durch die Spannung von ungefähr 9 V festzulegen. Es sei angemerkt, dass es auch möglich ist, die Erfindung festzulegen, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem die Spannung höher als oder gleich 3 V und niedriger als oder gleich 10 V aber nicht 9 V ist. Es sei angemerkt, dass selbst dann, wenn eine Beschreibung eines Wertes „ein gewisser Bereich wird bevorzugt”, „vorzugsweise wird eine gewisse Bedingung erfüllt” oder dergleichen enthält, der Wert nicht auf die Beschreibung beschränkt ist. Mit anderen Worten: Ein Begriff, wie z. B. „bevorzugt” oder „vorzugsweise”, erlegt nicht notwendigerweise eine Beschränkung auf.
Als weiteres konkretes Beispiel wird beispielsweise die Beschreibung eines Werts „eine Spannung ist vorzugsweise 10 V” angegeben. In diesem Fall kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem die Spannung höher als oder gleich –2 V und niedriger als oder gleich 1 V ist. Alternativ kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem die Spannung höher als oder gleich 13 V ist.
Als weiteres konkretes Beispiel wird beispielsweise die Beschreibung einer Eigenschaft einer Substanz angegeben: „Es handelt sich bei einem Film um einen isolierenden Film”. In diesem Fall kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem es sich bei dem isolierenden Film um einen organischen isolierenden Film handelt. Alternativ kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem es sich bei dem isolierenden Film um einen anorganischen isolierenden Film handelt. Alternativ kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem es sich bei dem Film um einen leitenden Film handelt. Alternativ kann eine Ausführungsform der Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem es sich bei dem Film um einen Halbleiterfilm handelt.
Als weiteres konkretes Beispiel wird beispielsweise die Beschreibung einer mehrschichtigen Struktur angegeben: „Ein Film ist zwischen einem Film A und einem Film B bereitgestellt”. In diesem Fall kann die Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem es sich bei dem Film um einen mehrschichtigen Film aus vier oder mehr Schichten handelt. Alternativ kann die Erfindung festgelegt werden, indem beispielsweise der Fall ausgeschlossen wird, in dem ein leitender Film zwischen dem Film A und dem Film bereitgestellt ist.
Es sei angemerkt, dass verschiedene Personen eine einzelne Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung und dergleichen erläutert wird, umsetzen können. Jedoch können unterschiedliche Personen an der Umsetzung der Erfindung beteiligt sein. Zum Beispiel ist im Falle eines Sende-/Empfangssystems der folgende Fall möglich: Ein Unternehmen A fertigt und verkauft Sendevorrichtungen, und ein Unternehmen B fertigt und verkauft Empfangsvorrichtungen. Als weiteres Beispiel ist im Falle einer lichtemittierenden Vorrichtung, die einen Transistor und ein lichtemittierendes Element beinhaltet, der folgende Fall möglich: Ein Unternehmen A fertigt und verkauft Halbleitervorrichtungen, bei denen Transistoren ausgebildet sind, und ein Unternehmen B kauft die Halbleitervorrichtungen und fertigt lichtemittierende Vorrichtungen, indem es lichtemittierende Elemente in den Halbleitervorrichtungen bereitstellt.
In einem solchen Fall kann eine Ausführungsform der Erfindung derart gebildet werden, dass eine Patentverletzung sowohl gegen das Unternehmen A als auch gegen das Unternehmen B geltend gemacht werden kann. Mit anderen Worten: Eine Ausführungsform der Erfindung kann derart gebildet werden, dass sie von nur dem Unternehmen A umgesetzt wird, und als weitere Ausführungsform der Erfindung kann eine Ausführungsform der Erfindung derart gebildet werden, dass sie nur von dem Unternehmen B umgesetzt wird. Zudem ist eine Ausführungsform der Erfindung, mit der eine Patentverletzung gegen das Unternehmen A oder das Unternehmen B geltend gemacht werden kann, klar ersichtlich und kann als in dieser Beschreibung oder dergleichen offenbart betrachtet werden. Beispielsweise kann im Falle eines Sende-/Empfangssystems selbst dann, wenn es dieser Beschreibung oder dergleichen an einem Verweis auf die alleinige Verwendung einer Sendevorrichtung oder an einem Verweis auf die alleinige Verwendung einer Empfangsvorrichtung fehlt, eine Ausführungsform der Erfindung durch lediglich die Sendevorrichtung gebildet werden, und eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann durch lediglich die Empfangsvorrichtung gebildet werden. Diese Ausführungsformen der Erfindung sind klar ersichtlich und können als in dieser Beschreibung oder dergleichen offenbart betrachtet werden. Als weiteres Beispiel wird der Fall einer lichtemittierenden Vorrichtung angegeben, die einen Transistor und ein lichtemittierendes Element beinhaltet. Auch wenn es dieser Beschreibung oder dergleichen an einem Verweis auf die alleinige Verwendung einer Halbleitervorrichtung, in der der Transistor ausgebildet ist, oder an einem Verweis auf die alleinige Verwendung einer lichtemittierenden Vorrichtung fehlt, die das lichtemittierende Element beinhaltet, kann eine Ausführungsform der Erfindung lediglich von der Halbleitervorrichtung gebildet werden, bei der der Transistor ausgebildet ist, und kann eine Ausführungsform der Erfindung lediglich von der lichtemittierenden Vorrichtung gebildet werden, die das lichtemittierende Element beinhaltet. Diese Ausführungsformen der Erfindung sind klar ersichtlich und können als in dieser Beschreibung oder dergleichen offenbart betrachtet werden.
Es sei angemerkt, dass es einem Fachmann möglich sein kann, aus dieser Beschreibung und dergleichen eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden, selbst wenn Abschnitte, mit denen sämtliche Anschlüsse eines aktiven Elementes (z. B. eines Transistors oder einer Diode), eines passiven Elementes (z. B. eines Kondensators oder eines Widerstandes) oder dergleichen verbunden sind, nicht festgelegt sind. Mit anderen Worten eine Ausführungsform der Erfindung ist klar, selbst wenn Verbindungsabschnitte nicht festgelegt sind. Ferner kann es in dem Fall, in dem ein spezifischer Verbindungsabschnitt in dieser Beschreibung oder dergleichen offenbart ist, bestimmt werden, dass eine Ausführungsform der Erfindung, bei der kein Verbindungsabschnitt festgelegt ist, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist. Insbesondere ist in dem Fall, in dem die Anzahl der Abschnitte, mit denen der Anschluss verbunden ist, mehr als eins sein kann, die Abschnitte, mit denen der Anschluss verbunden ist, nicht notwendigerweise auf einen spezifischen Abschnitt beschränkt. Es kann daher möglich sein, eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden, indem nur Abschnitte festgelegt werden, mit denen einige Anschlüsse eines aktiven Elementes (z. B. eines Transistors oder einer Diode), eines passiven Elementes (z. B. eines Kondensators oder eines Widerstandes) oder dergleichen verbunden sind.
Es sei angemerkt, dass es einem Fachmann möglich sein kann, aus dieser Beschreibung und dergleichen die Erfindung festzulegen, wenn mindestens der Verbindungsabschnitt einer Schaltung festgelegt ist. Alternativ kann es einem Fachmann möglich sein, die Erfindung festzulegen, wenn mindestens eine Funktion einer Schaltung festgelegt ist. Mit anderen Worten: Wenn eine Funktion festgelegt ist, ist eine Ausführungsform der Erfindung klar ersichtlich. Es kann ferner bestimmt werden, dass eine Ausführungsform der Erfindung, deren Funktion festgelegt ist, in dieser Beschreibung oder dergleichen offenbart ist. Deshalb kann selbst dann, wenn eine Funktion nicht festgelegt ist, eine Schaltung, deren Verbindungsabschnitt festgelegt ist, als offenbarte Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden und eine Ausführungsform der Erfindung bilden. Alternativ kann selbst dann, wenn ein Verbindungsabschnitt nicht festgelegt ist, eine Schaltung, deren Funktion festgelegt ist, als offenbarte Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden und eine Ausführungsform der Erfindung bilden.
Es sei angemerkt, dass man in dieser Beschreibung und dergleichen einen Teil einer Zeichnung oder eines Textes einer Ausführungsform entnehmen kann, um eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden. Auf diese Weise kann in dem Fall, in dem eine Zeichnung oder ein Text, die/der einen bestimmten Teil bezeichnet, erläutert wird, ein Inhalt, der erhalten wird, indem ein Teil der Zeichnung oder des Textes entnommen wird, auch als offenbarte Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden und eine Ausführungsform der Erfindung bilden. Ferner ist eine Ausführungsform der Erfindung klar. Daher kann man, um eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden, beispielsweise einen Teil einer Zeichnung oder eines Textes entnehmen, in der/dem ein oder mehrere aktive Elemente (z. B. Transistoren oder Dioden), Leitungen, passive Elemente (z. B. Kondensatoren oder Widerstände), leitende Schichten, isolierende Schichten, Halbleiterschichten, organische Materialien, anorganische Materialien, Komponenten, Vorrichtungen, Betriebsverfahren, Herstellungsverfahren oder dergleichen beschrieben werden. Beispielsweise kann man aus einem Schaltplan, der N Schaltungselemente (z. B. Transistoren oder Kondensatoren) (N ist eine Ganzzahl) umfasst, M Schaltungselemente (z. B. Transistoren oder Kondensatoren) (M ist eine Ganzzahl, wobei M < N gilt) entnehmen, um eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden. Als weiteres Beispiel kann man M Schichten (M ist eine Ganzzahl) aus einer Querschnittsansicht, die N Schichten umfasst (N ist eine Ganzzahl, wobei M < N gilt), entnehmen, um eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden. Als weiteres Beispiel kann man M Elemente (M ist eine Ganzzahl) aus einem Ablaufdiagramm, das N Elemente umfasst (N ist eine Ganzzahl, wobei M < N gilt), entnehmen, um eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden. Als weiteres Beispiel kann man einige gegebene Elemente aus einem Satz „A umfasst B, C, D, E oder F” entnehmen, um eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden, beispielsweise „A umfasst B und E”, „A umfasst E und F”, „A umfasst C, E und F” oder „A umfasst B, C, D und E”.
Es sei angemerkt, dass es in dem Fall, in dem mindestens ein konkretes Beispiel in einer Zeichnung oder einem Text einer Ausführungsform in dieser Beschreibung oder dergleichen angegeben wird, für einen Fachmann leicht ersichtlich ist, dass ein umfassenderes Konzept des konkreten Beispiels abgeleitet werden kann. Deshalb kann in dem Fall, in dem in einer Zeichnung oder einem Text einer Ausführungsform mindestens ein konkretes Beispiel angegeben wird, ein umfassenderes Konzept des konkreten Beispiels als offenbarte Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden und eine Ausführungsform der Erfindung bilden. Ferner ist die Ausführungsform der Erfindung klar.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen, was in mindestens einer Zeichnung (oder einem Teil der Zeichnung) dargestellt ist, als offenbarte Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden und eine Ausführungsform der Erfindung bilden kann. Deshalb kann ein gewisser Inhalt einer Zeichnung, selbst dann, wenn er mit einem Text nicht erläutert wird, als offenbarte Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden und eine Ausführungsform der Erfindung bilden. In ähnlicher Weise kann eine Zeichnung, die erhalten wird, indem ein Teil einer Zeichnung entnommen wird, als offenbarte Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden und eine Ausführungsform der Erfindung bilden. Ferner ist die Ausführungsform der Erfindung klar.
Es sei angemerkt, dass eine Stromquelle eine Funktion aufweist, nämlich dass sie einen konstanten Strom zuführt, auch wenn die Höhe einer Spannung, die zwischen beiden Anschlüssen der Stromquelle angelegt wird, verändert wird. Alternativ weist eine Stromquelle beispielsweise eine Funktion auf, nämlich dass sie einem Element, das mit der Stromquelle verbunden ist, einen konstanten Strom zuführt, auch wenn das Potential des Elementes verändert wird.
Es sei angemerkt, dass eine Spannungsquelle als Energiequelle vorhanden ist, die sich von einer Stromquelle unterscheidet. Eine Spannungsquelle weist eine Funktion auf, nämlich dass sie eine konstante Spannung zuführt, auch wenn ein Strom verändert wird, der durch eine Schaltung fließt, die mit der Spannungsquelle verbunden ist. Deshalb weisen eine Spannungsquelle und eine Stromquelle eine Funktion zum Zuführen einer Spannung bzw. eines Stroms auf. Ihre Funktionen unterscheiden sich voneinander durch das, was auf einem konstanten Pegel zugeführt wird, auch wenn ein Parameter verändert wird. Eine Stromquelle weist eine Funktion auf, nämlich dass sie einen konstanten Strom zuführt, auch wenn die Spannung zwischen beiden Enden verändert wird. Eine Spannungsquelle weist eine Funktion auf, nämlich dass sie eine konstante Spannung zuführt, auch wenn der Strom verändert wird.
Bezugszeichenliste

10: analoge Rechenschaltung
11: Schaltung
11-k: Schaltung
11-m: Schaltung
11-1: Schaltung
11a: Schaltung
11h: Schaltung
12: Speicherschaltung
12a: Speicherschaltung
12b: Speicherschaltung
13: Rechenschaltung
14: Steuerung
15: Schalter
15t: Transistor
16: Transistor
17: Kondensator
18: Verzögerungsschaltung
18a: Verzögerungsschaltung
18b: Verzögerungsschaltung
18c: Verzögerungsschaltung
19: Widerstand
20: Kondensator
21: Inverter
21-1: Inverter
21-2: Inverter
21-2n: Inverter
22: Transistor
23: Transistor
24: Transistor
25: Transistor
26: Transistor
27: Transistor
28: Transistor
29: Transistor
29a: Transistor
29b: Transistor
30: Kondensator
31: Leitung
32: Leitung
33: Verzögerungsschaltung
34: Verzögerungsschaltung
35a: Schaltung
35b: Schaltung
36: Inverter
37: Transistor
38: Verzögerungsschaltung
39: Verzögerungsschaltung
40: UND-Schaltung
41: Transistor
42: Transistor
43: Transistor
44: Widerstand
45: Widerstand
46: Widerstand
47: Widerstand
48: Widerstand
49: Diode
50: Diode
51: Widerstand
52: Widerstand
53: Widerstand
54: Widerstand
55: Widerstand
56: Widerstand
57: Widerstand
58: Widerstand
59: Widerstand
60: Speicherzelle
61: Transistor
62: Transistor
63: Kondensator
64: Schaltung
65: Transistor
66: Transistor
67: Transistor
68: Transistor
69: Transistor
70: Transistor
71: Kondensator
75: Halbleitervorrichtung
76: Eingabevorrichtung
77: Analogprozessor
78: Ausgabevorrichtung
79: Analog-Digital-Wandlerschaltung
80: Digital-Analog-Wandlerschaltung
81: Digitalprozessor
82: Leitung
83: Leitung
84: Leitung
85: Analogprozessor
86: I/O-Schnittstelle
87: Analogspeicher
88: Widerstand
89: Inverter
90: Transistor
91: isolierender Film
92a: Oxidhalbleiterfilm
92b: Oxidhalbleiterfilm
92c: Oxidhalbleiterfilm
93: leitender Film
94: leitender Film
95: isolierender Film
96: leitender Film
97: Substrat
400: Substrat
401: Elementisolationsbereich
402: Verunreinigungsbereich
403: Verunreinigungsbereich
404: Kanalbildungsbereich
405: isolierender Film
406: Gate-Elektrode
411: isolierender Film
412: leitender Film
413: leitender Film
414: leitender Film
416: leitender Film
417: leitender Film
418: leitender Film
420: isolierender Film
421: isolierender Film
422: isolierender Film
430: Halbleiterfilm
430a: Oxidhalbleiterfilm
430c: Oxidhalbleiterfilm
431: Gate-Isolierfilm
432: leitender Film
433: leitender Film
434: Gate-Elektrode
601: Halbleitersubstrat
610: Elementisolationsbereich
611: isolierender Film
612: isolierender Film
613: isolierender Film
625: leitender Film
626: leitender Film
627: leitender Film
634: leitender Film
635: leitender Film
636: leitender Film
637: leitender Film
644: leitender Film
651: leitender Film
652: leitenderFilm
653: leitender Film
654: leitender Film
655: leitender Film
661: isolierender Film
662: Gate-Isolierfilm
663: isolierender Film
701: Halbleiterfilm
710: Bereich
711: Bereich
721: leitender Film
722: leitender Film
731: Gate-Elektrode
800: Halbleitervorrichtung
801: Bildsensor
802: Bildspeicher
803: Analogprozessor
804: Anzeigevorrichtung
805: Sensor-Array
806: Treiberschaltung
807: Schaltung
808: Bilddaten
809: Analogspeicher
810: Pixel
5001: Gehäuse
5002: Gehäuse
5003: Anzeigeabschnitt
5004: Anzeigeabschnitt
5005: Mikrofon
5006: Lautsprecher
5007: Bedientaste
5008: Stift
5301: Gehäuse
5302: Gehäuse
5303: Spiegel
5304: Gelenk
5401: Gehäuse
5402: Anzeigeabschnitt
5403: Tastatur
5404: Zeigevorrichtung
5601: Gehäuse
5602: Gehäuse
5603: Anzeigeabschnitt
5604: Anzeigeabschnitt
5605: Gelenk
5606: Bedientaste
5701: Gehäuse
5702: Anzeigeabschnitt
5901: Gehäuse
5902: Anzeigeabschnitt
5903: Kamera
5904: Lautsprecher
5905: Knopf
5906: externer Verbindungsanschluss
5907: Mikrofon

Claims

Eine analoge Rechenschaltung, die eine Vielzahl von ersten Schaltungen umfasst, wobei ein Ausgangsanschluss der k-ten (k ist eine natürliche Zahl) ersten Schaltung mit einem Eingangsanschluss der k + 1-ten ersten Schaltung verbunden ist, wobei jede der ersten Schaltungen eine Speicherschaltung, die ein analoges Signal hält, eine zweite Schaltung, die eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des analogen Signals ausführt, einen Schalter, der eine Stromzuführung zu der zweiten Schaltung steuert, und eine Steuerung umfasst, wobei ein Leitungszustand des Schalters, der in der k-ten ersten Schaltung enthalten ist, durch die Steuerung gesteuert wird, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist, und wobei die arithmetische Verarbeitung, die durch die zweite Schaltung ausgeführt wird, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist, durch die Steuerung gestartet wird, die in der k + 1-ten ersten Schaltung enthalten ist.
Die analoge Rechenschaltung nach Anspruch 1, wobei der Schalter einen Transistor umfasst, und wobei der Transistor einen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiterfilm umfasst.
Die analoge Rechenschaltung nach Anspruch 2, wobei der Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn enthält.
Eine elektronische Vorrichtung, die umfasst: die analoge Rechenschaltung nach Anspruch 1; und eine Anzeigevorrichtung.
Eine Halbleitervorrichtung, die umfasst: die analoge Rechenschaltung nach Anspruch 1; und eine Logikschaltung.
Eine elektronische Vorrichtung, die umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5; und eine Anzeigevorrichtung.