JP2006250928A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触でデータの送受信が可能である点を活用し、利便性を向上させることを課題とする。
【解決手段】電磁波を電気信号に変換するアンテナと、化学反応を検出する検出部と、アンテナと検出部を制御する制御部とを有することにより、利便性を向上させる。検出部は少なくとも１つの検出素子を含み、制御部は少なくとも１つのトランジスタを含む。また、アンテナと、検出部と、制御部と、データを記憶する記憶部を有する。制御部は、アンテナ、検出部及び記憶部を制御する。記憶部は少なくとも１つの記憶素子を含む。検出素子は、核酸、蛋白質、酵素、抗原、抗体及び微生物から選択された１つ又は複数が固定された反応層を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で、データの送信、受信又は送受信が可能な半導体装置に関する。

近年、非接触で、データの送信、受信又は送受信が可能な半導体装置の開発が進められており、一部の市場では、導入が開始されている。このような半導体装置は、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、ＩＤタグ、ＩＤチップ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、ＲＦチップ、無線タグ、無線チップ、電子タグ、電子チップと呼ばれている。

半導体装置は、トランジスタ等を含む複数の素子とアンテナから構成され、電磁波を介して外部の機器（リーダ／ライター）と情報の送受信を行うことができる。最近では、半導体装置を様々な商品に設けることによって、当該商品の監視や管理等を行おうという試みがなされている。例えば、半導体装置を商品に貼付することによって、商品の在庫数や在庫状況などの在庫管理に止まらず商品管理を自動的に簡単に行うことができる商品管理システムが提案されている（特許文献１参照）。

また、防犯効果を高めるために警備装置および警備システムに半導体装置の利用が提案されている（特許文献２参照）。

また、紙幣や有価証券等にＩＣチップを搭載することによって、搾取等による不正利用を防ぐ方法が提案されている（特許文献３参照）。このように、半導体装置は様々な分野へ利用することが提案されている。
特開２００４−３５９３６３号公報 特開２００３−３０３３７９号公報 特開２００１−２６０５８０号公報

本発明は、非接触でデータの送受信が可能である点を活用し、利便性を向上させた半導体装置を提供することを課題とする。

本発明の半導体装置は、演算処理を行う演算処理回路、化学反応を検出する検出部及びアンテナを有する。演算処理回路は複数のトランジスタを有し、検出部は複数の検出素子を有し、アンテナは導電層を有する。

複数の検出素子の各々は、核酸、蛋白質、酵素、抗原、抗体又は微生物が固定化された反応層を有する。具体的には、検出素子は、第１の層と第２の層を有し、第１の層は、導電層であり、第２の層は、反応層である。又は、検出素子は、第１の層、第２の層及び第３の層を有し、第１の層と第３の層は、導電層であり、第２の層は、反応層である。

本発明は、検出素子により化学反応を検出し、そのデータを、アンテナを介して外部の機器に送信することができ、利便性を向上させた半導体装置を提供することができる。

また、本発明の半導体装置は、上記の構成要素に加えて、データを記憶する記憶部を有する。記憶部は複数の記憶素子を有しており、複数の記憶素子の各々は、有機化合物を含む層を有する。具体的には、複数の記憶素子の各々は、第１の層、第２の層及び第３の層を有し、第１の層と第３の層は、導電層であり、第２の層は、有機化合物を含む層であることを特徴とする。

上記特徴により、構造が単純であるために、作成工程を複雑にすることがなく、コストの削減を実現することができる。また、構造が単純であるために、１つの記憶素子の占有面積を小型化することが容易であり、記憶部の大容量化を実現することができる。また、不揮発性であり、かつ、追記が可能であるという長所がある。

また、本発明の半導体装置が含む演算処理回路、検出部及びアンテナは、同一の基板上に設けられていることを特徴とする。また、本発明の半導体装置が含む演算処理回路、検出部、アンテナ及び記憶部は、同一の基板上に設けられていることを特徴とする。上記特徴により、部品を実装する必要がないため、小型化、薄型化、軽量化、コストの削減を実現した半導体装置を提供することができる。

また、本発明の半導体装置が含む回路等が設けられる基板は、ガラス基板であることを特徴とする。ガラス基板は、単結晶基板と比較して、安価な上、１辺の長さを長くすることができるため、大量生産が可能となり、コストを削減した半導体装置を提供することができる。

また、本発明の半導体装置は、電磁波を電気信号に変換するアンテナと、化学反応を検出する検出部と、アンテナと検出部を制御する制御部と、を有する。検出部は少なくとも１つの検出素子を含み、制御部は少なくとも１つのトランジスタを含む。また、本発明の半導体装置は、アンテナと、検出部と、制御部と、データを記憶する記憶部を有する。制御部は、アンテナ、検出部及び記憶部を制御する。記憶部は少なくとも１つの記憶素子を含む。記憶素子は、第１の導電層と、第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間に設けられた層を有する。第１の導電層と第２の導電層の間に設けられた層は、有機化合物又は無機化合物を有する層である。

上記の半導体装置において、制御部は、演算処理回路、電源回路、復調回路、変調回路、検出素子を制御する制御回路、記憶素子を制御する制御回路等を含む。電源回路は、アンテナから供給される交流の電気信号を用いて、電源電位を生成したり、生成した電源電位を他の回路に出力したりする。復調回路は、アンテナから供給される交流の電気信号を復調する。変調回路は、アンテナに負荷変調を加える。検出素子を制御する制御回路（第１の制御回路、検出制御回路ともよぶ）は、検出素子の信号の読み取りを制御する回路に相当する。また、記憶素子を制御する制御回路（第２の制御回路、記憶制御回路ともよぶ）は、記憶部が含むカラムドライバ、ロウドライバなどに相当する。

本発明は、検出部を有するため、対象物の化学反応を検出することができる。また、アンテナを有するため、検出部により検出された結果を、当該アンテナを介して、外部の機器（例えば、リーダ／ライター）に送信することができる。その結果、利便性を向上させた半導体装置を提供することができる。

本発明は、構造が単純な記憶部を有するため、作成工程を複雑にすることがなく、コストの削減を実現することができる。また、１つの記憶素子の占有面積を小型化することが容易であり、記憶部の大容量化を実現することができる。また、不揮発性であり、かつ、追記が可能であるという長所がある。

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。

本発明の半導体装置の構成について、図１を参照して説明する。本発明の半導体装置１００は、演算処理回路１０１、検出部１０２、記憶部１０３、アンテナ１０４、電源回路１０９、復調回路１１０及び変調回路１１１を有する。また、本発明の半導体装置１００は、その用途に応じて、バッテリー１１３を有する。検出部１０２は、検出素子１０５と検出制御回路１０６を有する。記憶部１０３は、記憶素子１０７と記憶制御回路１０８を有する。半導体装置１００は、アンテナ１０４を介して、外部の機器とデータの送受信を行う。外部の機器とは、例えば、リーダ／ライター１１２である。

演算処理回路１０１は、リーダ／ライター１１２から入力される信号に基づき、動作する。演算処理回路１０１の動作とは、例えば、検出部１０２で検出されたデータの増幅、データの変換、データの記憶部１０３への書き込み、記憶部１０３に書き込まれたデータの読み出し、必要な情報をリーダ／ライター１１２へ出力する動作等に相当する。

検出部１０２は、対象物の気体成分又は液体成分を化学的作用により検出する機能を有する。検出部１０２は、対象物の化学反応を検出する検出素子１０５と、検出素子１０５の動作を制御する検出制御回路１０６を有する。

検出素子１０５は、対象物の目的の成分の化学反応を検出することを目的とするため、共存する成分の中で、目的の成分のみに高い感度をもち、かつ、共存する成分の影響をうけないという、高い選択性がある反応層を有する。反応層とは、核酸、蛋白質、酵素、抗原、抗体又は微生物が固定化された層である。

検出素子１０５が有する反応層の構成は、その目的によって異なる。具体的には、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列の存在を検出する場合、検出素子１０５は、核酸が固定化された反応層を有する。このような、相補的な配列を検出することは、個人の遺伝子の解明につながり、病気に関係する遺伝子の研究開発を進めることが容易になったり、また、個人の体質にあった医薬品や治療方法を選択するテーラーメード医療を実現したりすることができる。

また、相互作用を行う蛋白質を検出する場合、検出素子１０５は、蛋白質が固定化された反応層を有する。

また、酵素が特異的に作用する成分を検出する場合、検出素子１０５は、酵素が固定化された反応層を有する。この場合は、生体の中で分子識別を実現する酵素反応を利用する。酵素とは、例えば、グルコースオキシダーゼ、アルコールオキシダーゼ、ピルビン酸オキシダーゼ、ウリカーゼ、ウリアーゼなどである。

また、抗原抗体反応の特異性を利用する場合、検出素子１０５は、抗原又は抗体が固定化された反応層を有する。この場合は、免疫における抗原抗体反応を利用する。

また、微生物が含む酵素が特異的に作用する成分を検出する場合、検出素子１０５は、微生物が固定化された反応層を有する。微生物とは、例えば、硝化細菌、未同定菌などである。

検出部１０２は、少なくとも１つ、好ましくは複数の検出素子１０５を有する。検出部１０２が複数の検出素子１０５を有する場合、複数の検出素子１０５の各々が含む反応層の組成を変えることが好ましい。複数の検出素子の各々が含む反応層の組成を変えることにより、相互作用又は特異的作用を大量かつ同時並行的に検出することが可能となる。従って、対象物の化学反応の検出をハイスループットに行うことができる。

反応層で生じる相互作用又は特異的作用は、電気信号として出力される。つまり、検出素子１０５が検出する情報は、電気信号として外部に出力される。より具体的には、具体的には、検出素子１０５により検出された電気信号は検出制御回路１０６又は演算処理回路１０１に出力され、検出制御回路１０６又は演算処理回路１０１で増幅、変換され、外部に出力される。

記憶部１０３は、データを記憶する機能を有し、記憶素子１０７と、記憶素子１０７に対するデータの書き込みや記憶素子１０７に記憶されたデータの読み出しを制御する記憶制御回路１０８を有する。記憶部１０３は、半導体装置自体の識別番号や、検出部１０２の検出結果等のデータを記憶する。半導体装置の識別番号は、検出部１０２の検出結果を外部に送信する際に、他の半導体装置と区別するために用いられる番号である。

記憶部１０３には、有機メモリ、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、マスクＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びフラッシュメモリから選択された一つ又は複数が用いられる。有機メモリは、一対の導電層間に有機化合物を含む層が挟まれた積層体を含む。このような積層体は、構造が単純であるため、作成工程を簡略化することができ、低コスト化を実現することができる。また、構造が単純であるために、積層体の面積を小型化することが容易であり、大容量化を実現することができる。また、不揮発性であり、かつ、追記が可能であるという長所がある。

次に、半導体装置１００とリーダ／ライター１１２のデータの送受信に関する動作について説明する。まず、リーダ／ライター１１２から電磁波として、半導体装置１００に送信された信号は、アンテナ１０４において交流の電気信号に変換される。電源回路１０９では、交流の電気信号を用いて電源電圧を生成し、各回路へ電源電圧を供給する。復調回路１１０では、交流の電気信号を復調し、演算処理回路１０１に供給する。演算処理回路１０１では、入力された信号に従って各種演算処理を行って、検出部１０２や記憶部１０３等に信号を出力する。そして、演算処理回路１０１から変調回路１１１に、検出部１０２で検出されたデータが送られ、変調回路１１１から、当該データに従ってアンテナ１０４に負荷変調を加える。リーダ／ライター１１２は、アンテナ１０４に加えられた負荷変調を、電磁波として、受信することにより、データを読み取ることができる。

上記の構成では、各回路への電源電圧の供給を電磁波により行うタイプとしているが、バッテリー１１３を用いて各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。また、バッテリー１１３を用いて電磁波とバッテリー１１３により各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。半導体装置１００にバッテリーを設けない場合、バッテリーの交換が不要となるため、低コスト化、薄型化、軽量化、小型化を実現することができる。

次に、演算処理回路１０１、検出部１０２、記憶部１０３及びアンテナ１０４を含む本発明の半導体装置１００の断面構造について、図２（Ａ）を参照して説明する。検出部１０２は検出素子１０５と検出制御回路１０６を含み、記憶部１０３は記憶素子１０７と記憶制御回路１０８を含む。

本発明の半導体装置は、演算処理回路１０１を構成する素子２０１、検出素子１０５、検出制御回路１０６を構成する素子２０２、記憶素子１０７、記憶制御回路１０８を構成する素子２０３、アンテナ１０４として機能する導電層２０４を有する。

検出素子１０５は、導電層２０５、核酸、蛋白質、酵素、抗原、抗体又は微生物が固定化された反応層２０６を有する。反応層２０６において化学反応が生ずると、導電層２０５の電圧値が変化する。このような電圧値の変化を読み取ることにより、対象物の化学反応を検出することができる。反応層２０６の作成には、選択的な形成が容易な方法である液滴吐出法（例えば、インクジェット法）を用いるとよい。

なお、検出素子１０５により、化学反応が生ずると、発光作用が生ずる場合がある。そのような場合、フォトダイオード等の受光素子を設けるとよい。そして、検出素子１０５による発光を、受光素子が感知することにより、化学反応を検出することができる。

素子２０１、２０２、２０３は、トランジスタ、容量素子及び抵抗素子等を含み、図示する構造では、素子２０１、２０２、２０３として、複数のトランジスタを示す。トランジスタは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）でもよいし、半導体基板にチャネル層を設ける電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）でもよい。

記憶素子１０７は、導電層２０８、有機化合物を含む層２０９及び導電層２１０の積層体に相当する。この構成では、１つのメモリセルに１つの記憶素子１０７が設けられたパッシブマトリクス型の記憶部１０３を示す。

記憶素子１０７が含む導電層２０８、２１０は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造に相当する。合金としては、ＡｌとＴｉが含まれた合金等が挙げられる。また、他にも、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。

また、記憶素子１０７が含む有機化合物を含む層２０９は、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：ＴＰＤ）等の低分子化合物の単層または積層構造、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、［メトキシ−５−（２−エチル）ヘキシロキシ］−ｐ−フェニレンビニレン（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）（ＰＡＦ）、ポリ（９−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピレン類、ポリカルバゾール類等の高分子化合物の単層または積層構造に相当する。また、低分子化合物または高分子化合物からなる層に加えて、前記低分子または高分子化合物と無機化合物とを混合してなる層を積層して設けることもできる。

アンテナとして機能する導電層２０４は、トランジスタのゲート電極と同じ層に設けられている。しかし、トランジスタのソース配線やドレイン配線、記憶素子１０７を構成する一対の導電層、検出素子１０５を構成する導電層と同じ層に設けてもよい。このように、アンテナとして機能する導電層を、他の素子が含む導電層と同じ層に設けることにより、アンテナとして機能する導電層を形成する工程を独立して設ける必要がなくなる。そのため、アンテナとして機能する導電層を形成する工程と、他の素子の導電層を形成する工程を同時に行うことができる。従って、作製工程を簡略化し、作成費用の削減や歩留まりの向上を実現することができる。

また、アンテナとして機能する導電層を、他の素子が含む導電層とは別に設ける場合には、スクリーン印刷等の印刷法や液滴吐出法を用いて形成することによって作製工程の簡略化および材料の利用効率の向上を実現することができる。上記の構成では、アンテナとして機能する導電層２０４は他の素子が含む導電層と同じ層に設ける場合を示すが、アンテナとして機能する導電層を別途作製し、後の工程で貼り合わせて設けた構成を用いることも可能である。

対象物の化学反応を検出する際は、検出素子１０５の反応層に対象物を接触させる。但し、反応層に対象物を接触させる際、対象物の組成によっては、下層の素子２０１、２０２、２０３等に影響を及ぼすことがある。従って、そのような影響を防止するため、検出素子１０５と素子２０１、２０２、２０３の間の絶縁層（例えば絶縁層２１６）や、素子２０１、２０２、２０３を覆う絶縁層として、バリア性の高い絶縁層を形成するとよい。バリア性の高い絶縁層とは、例えば、窒化物からなる絶縁層、酸化物からなる絶縁層、酸化窒化物からなる絶縁層、炭化物からなる絶縁層である。具体的には、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）又は窒化炭素等からなる絶縁層である。

次に、上記構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について、図２（Ｂ）を参照して説明する。本発明の半導体装置は、検出素子１０５、記憶素子１０７、素子２０１、２０２、２０３、導電層２０４を有する。この構成では、１つのメモリセルに、１つのスイッチング用トランジスタと記憶素子１０７が設けられたアクティブマトリクス型の記憶部１０３を示す。

検出素子１０５は、導電層２１１、核酸、蛋白質、酵素、抗原、抗体又は微生物が固定化された反応層２１２、導電層２１３を有する。反応層２１２において、化学的反応が生ずると、導電層２１１と導電層２１３の間の抵抗値が変化する。このような、抵抗値の変化を電圧値又は電流値で読み取ることにより、対象物の化学反応を検出する。

上記の構造（図２（Ａ）、図２（Ｂ）参照）では、基板２１５上に、演算処理回路１０１、検出部１０２、記憶部１０３及びアンテナ１０４を設けている。基板２１５は、ガラス基板、石英基板、金属基板の一表面に絶縁層を形成したもの、ステンレス基板の一表面に絶縁層を形成したもの、有機樹脂からなる基板（例えばプラスチック基板）、フィルム（例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニル等からなる）、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム（例えば、ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等からなる）と接着性合成樹脂フィルム（アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等）の積層フィルム等に相当する。

また、上記の構造では、基板２１５上に、演算処理回路１０１、検出部１０２、記憶部１０３及びアンテナ１０４を設けているが、本発明はこの構造に制約されない。基板２１５上から、演算処理回路１０１等を構成する複数の素子を剥離してもよい。基板２１５から複数の素子を剥離することにより、小型化、薄型化、軽量化を実現することができる。

また、基板２１５として、有機樹脂からなる基板などの耐熱性の低い基板を用いる場合がある。そのような場合、耐熱性の高いガラス基板上に素子を形成した後、基板から素子を剥離し、続いて、剥離した素子を、耐熱性の低い基板に貼るとよい。

次に、本発明の半導体装置の上面構造の一例について、図３を参照して説明する。本発明の半導体装置１００は、検出部１０２などの複数の回路を構成する複数の素子が設けられた薄膜集積回路２４０と、アンテナ１０４として機能する導電層２４１を含む。アンテナ１０４として機能する導電層２４１は、薄膜集積回路２４０に電気的に接続されている。また、検出部１０２は露出された状態にあり、対象物の化学反応を検出する際は、対象物を、反応層２４２に接触させるようにする。例えば、対象物を、液滴吐出法により、反応層上に滴下することにより、対象物を、反応層２４２に接触させるようにする。また、対象物を含む溶液中に、半導体装置を入れることにより、対象物を、反応層２４２に接触させるようにする。

上記の構成では、アンテナ１０４として機能する導電層２４１をコイル状に設け、電磁誘導方式を適用する例を示すが、本発明の半導体装置はこれに限定されない。マイクロ波方式を適用することも可能である。マイクロ波方式の場合は、用いる電磁波の波長によりアンテナ１０４として機能する導電層２４１の形状が適宜決定される。

本発明の半導体装置１００とリーダ／ライター１１２の間で行われるデータの送受信の動作について、図４を参照して説明する。

リーダ／ライター１１２は、制御信号（データ読み出し信号、検出部起動信号、データ書き込み信号）を、半導体装置１００に送信する（ステップ１）。半導体装置１００は、リーダ／ライターが送信した制御信号を受信し（ステップ２）、演算処理回路１０１で制御信号を識別する（ステップ３）。そして、演算処理回路１０１で識別された制御信号に基づき、３つの動作から、どの動作を行うかが決定される。３つの動作とは、記憶部１０３に記憶されたデータの読み出し動作（ステップ４）、検出部１０２を用いた対象物の化学反応の検出動作（ステップ５）、記憶部１０３に対するデータの書き込み動作（ステップ６）である。

記憶部１０３に記憶されたデータの読み出し動作（ステップ４）では、まず、記憶制御回路１０８を起動させ、記憶素子１０７に記憶されたデータを読み出す（ステップ４Ａ）。そして、記憶素子１０７から読み出したデータをリーダ／ライター１１２に送信する（ステップ４Ｂ）。リーダ／ライター１１２は、半導体装置１００から供給されるデータを受信する（ステップ４Ｃ）。

検出部１０２を用いた、対象物の化学反応の検出動作（ステップ５）では、まず、検出部１０２を起動させる（ステップ５Ａ）。次に、検出素子１０５により、対象物の化学反応が検出され（ステップ５Ｂ）、検出素子１０５は、検出した化学反応のデータを、電気信号として、検出制御回路１０６に出力する。そして、検出制御回路１０６又は演算処理回路１０１において、電気信号の変換と増幅が行われる（ステップ５Ｃ）。続いて、変換と増幅が行われたデータを、記憶部１０３にデータを書き込む（ステップ５Ｄ）。又は、変換と増幅が行われたデータを、リーダ／ライター１１２に送信する（ステップ５Ｅ）。リーダ／ライター１１２は、半導体装置１００から供給されるデータを受信する（ステップ５Ｆ）。

記憶部１０３に対するデータの書き込み動作（ステップ６）では、まず記憶制御回路１０８を起動させ、リーダ／ライター１１２から送信されたデータを、記憶素子１０７に書き込む（ステップ６Ａ）。

本発明の半導体装置とデータの送受信を行うリーダ／ライター１１２の構成について、図５を参照して説明する。リーダ／ライター１１２は、アンテナ３０１、発振器３０２、復調回路３０３、変調回路３０４、演算処理回路３０５、外部インターフェイス回路３０６、記憶部３０７、暗号化／復号化回路３０８及び電源回路３０９を有する。暗号化／復号化回路３０８は、制御信号を暗号化又は復号化して送受信する。

まず、リーダ／ライター１１２から半導体装置１００に信号を送信する場合について説明する。演算処理回路３０５は、変調回路３０４に制御信号を出力する。変調回路３０４では、供給された制御信号を交流の電気信号に変調する。そして、変調された交流の電気信号は、アンテナ３０１を介して、半導体装置１００に送信される。

次に、半導体装置１００から送信された信号をリーダ／ライター１１２が受信する場合について説明する。アンテナ３０１を介して受信した交流の電気信号は、復調回路３０３で復調される。そして、復調された電気信号は、演算処理回路３０５、外部インターフェイス回路３０６に出力される。そして、外部インターフェイス回路３０６に接続されたコンピュータ等の情報処理装置において、電気信号が表すデータが記憶されるとともに、付属のディスプレイにより、そのデータが表示される。また、演算処理回路３０５に接続された記憶部３０７において、そのデータが記憶される。

本発明の半導体装置とネットワークを活用することにより、利便性を向上させた在宅医療監視システムについて、図６を参照して説明する。

本発明の半導体装置１００は、個体５５１に携帯されるか、又は、個体５５１に身近な場所に保管される。個体５５１とは、植物又は人間を含む動物に相当する。個体５５１が半導体装置１００を携帯する場合、個体５５１が持参してもよいし、個体５５１に貼り付けてもよいし、個体５５１に埋め込んでもよい。

そして、必要なときに、半導体装置１００により、対象物の化学反応を検出する。このときの対象物とは、個体５５１が動物ならば、汗、涙、血液等に相当する。半導体装置１００により検出された情報は、リーダ／ライター５５３により読み取られ、リーダ／ライター５５３から、情報処理装置５５４に送られる。情報処理装置５５４は、リーダ／ライター５５３から送られた情報を表示部５５５に表示させると共に、必要に応じて、データ処理を行って分析を行い、その結果を表示部５５５に表示させる。

また、情報処理装置５５４は、リーダ／ライター５５３から送られた情報を、ネットワークを活用し、自宅５５０から、医療機関５６０に送信する。医療機関５６０では、自宅５５０から送信された情報を、情報処理装置５６１により受信し、受信した情報を管理することにより、個体５５１の状態を監視する。また、個体５５１の担当医は、自宅から送信された情報を基に、個体５５１の診断を行う。

上記のような、対象物の化学反応の検出を定期的に行うことにより、個体５５１は、外出することなく、医療機関５６０により個体５５１の状態を監視することができる。そして、個体５５１に異常が認められた場合には、迅速な対応を行うことができる。また、例えば、現在の個体５５１に不足している栄養素がある場合、その情報を表示部５５５に表示して、個体５５１に注意を促すと共に摂取すべき食材等を表示部５５５に表示させることができる。

また、個体５５１が半導体装置１００を携帯して、外出した場合、携帯電話等の情報端末にリーダ／ライターを搭載することによって、外出先において、対象物の化学反応を検出することができる。そして、個体５５１に異常が認められた場合は、個体５５１の情報を管理している医療機関５６０と個体５５１の付近にある医療機関５７０が情報の送受信を行うことによって、迅速に最善の対処を行うことができる。

以上のように、本発明の半導体装置１００とネットワークを活用することにより、個体５５１自身だけでなく、医療機関５６０も、個体５５１の健康状態を把握する。そのため、病気の発生を未然に防止し、不慮の病気や事故が発生した場合であっても迅速に最善の対処を行うことができる。

本発明の半導体装置が含む記憶部の構成について説明する（図７、８参照）。

記憶部は、複数のビット線Ｂ１〜Ｂｍ（ｍは自然数）と、複数のワード線Ｗ１〜Ｗｎ（ｎは自然数）と、複数のメモリセル４０１とを含むメモリセルアレイ４０２を有する。また、複数のビット線Ｂ１〜Ｂｍを制御するデコーダ４０３と、複数のワード線Ｗ１〜Ｗｎを制御するデコーダ４０４と、セレクタ４０５と、読み出し書き込み回路４０６とを有する。

メモリセルアレイ４０２の構成には、アクティブマトリクス型とパッシブマトリクス型とがある。メモリセルアレイ４０２がアクティブマトリクス型の場合、メモリセル４０１は、トランジスタ４１５と、記憶素子４０７を含む（図７参照）。トランジスタ４１５のゲートはビット線Ｂａ（１≦ａ≦ｍ）に電気的に接続され、トランジスタ４１５のソース又はドレインの一方はワード線Ｗｂ（１≦ｂ≦ｎ）に電気的に接続され、トランジスタ４１５のソース又はドレインの他方は記憶素子４０７が含む一対の電極の一方に電気的に接続されている。

また、メモリセルアレイ４０２がパッシブマトリクス型の場合、メモリセル４０１は、ビット線Ｂａとワード線Ｗｂが交差する箇所に設けられた記憶素子４０７を含む（図８参照）。

次に、記憶部にデータの書き込みを行うときの動作について説明する。

まず、電気的作用により、記憶部にデータの書き込みを行う場合について説明する。最初に、デコーダ４０３、デコーダ４０４、セレクタ４０５により、メモリセル４０１が選択される。次に、読み出し書き込み回路４０６により、選択されたメモリセル４０１にデータが書き込まれる。具体的には、読み出し書き込み回路４０６により、選択されたメモリセル４０１が含む記憶素子に所定の電圧が印加されることにより、データが書き込まれる。所定の電圧が印加されると、記憶素子の抵抗値は変化する。記憶素子の抵抗値の変化には、抵抗値が大きくなる場合と、抵抗値が小さくなる場合があるが、データの書き込みには、そのどちらの現象を用いてもよい。抵抗値が大きくなる現象は、記憶素子に所定の電圧を印加して、一対の電極の間の有機化合物を含む層が高抵抗化する現象を利用したものである。また、抵抗値が小さくなる現象は、記憶素子に所定の電圧を印加して、一対の電極間の距離を短くする現象を利用したものである。このように、記憶部は、電気的作用により、記憶素子の抵抗値が変化することを利用して、データの書き込みを行う。例えば、初期状態の記憶素子を「０」のデータとすると、「１」のデータを書き込む記憶素子には電気的作用を印加する。

次に、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する。この場合、透光性を有する導電層側から、光学照射装置（例えば、レーザ照射装置）により、有機化合物を含む層に光を照射する。そうすると、光が照射された記憶素子にデータが書き込まれる。光が照射されることにより、記憶素子の抵抗値は変化する。記憶素子の抵抗値の変化には、抵抗値が大きくなる場合と、抵抗値が小さくなる場合とがあるが、データの書き込みには、そのどちらの現象を用いてもよい。このように、記憶部は、光学的作用により、記憶素子の抵抗値が変化することを利用して、データの書き込みを行う。例えば、初期状態の記憶素子を「０」のデータとすると、「１」のデータを書き込む記憶素子には、光学的作用を印加する。

次に、記憶部にデータの読み出しを行うときの動作について説明する。

データの読み出しは、データの書き込みの方法にかかわらず、電気的作用により行われる。データの読み出しは、デコーダ４０３、４０４、セレクタ４０５、読みだし書き込み回路により、記憶素子の抵抗値の相違を読み出すことにより行われる。

なお、記憶素子が含む一対の導電層の一方と、有機化合物を含む層との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲートとドレインを互いに電気的に接続させたトランジスタ、ダイオード等である。整流性を有する素子を設けると、電流の流れる方向を限定することができるため、データの読み出しの正確性を向上させることができる。

次に、記憶素子が含む有機化合物を含む層に用いる材料について説明する。

記憶素子に対するデータの書き込みを電気的作用により行う場合、有機化合物を含む層には、低分子系材料、高分子系材料、シングレット材料、トリプレット材料などを用いるとよい。また、有機化合物を含む層には、有機化合物材料のみからなるものだけでなく、無機化合物を一部に含む材料を用いるとよい。また、有機化合物を含む層には、正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、発光層、電子輸送層、電子注入層等が用いられるが、単層で用いてもよいし、複数の層を積層させてもよい。有機化合物を含む層は、インクジェット法に代表される液滴吐出法により形成するとよい。液滴吐出法を用いることにより、材料の利用効率、作成工程の簡略化による作製時間の短縮、作製費用の低減を実現することができる。

また、記憶部に対するデータの書き込みを光学的作用により行う場合、有機化合物を含む層には、光学的作用により性質が変化する材料を用いるとよい。例えば、光を吸収することによって酸を発生する化合物（光酸発生剤）をドープした共役高分子を用いるとよい。共役高分子とは、ポリアセチレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレンエチニレン類等を用いるとよい。また、光酸発生剤としては、アリールスルホニウム塩、アリールヨードニウム塩、ｏ−ニトロベンジルトシレート、アリールスルホン酸ｐ−ニトロベンジルエステル、スルホニルアセトフェノン類、Ｆｅ−アレン錯体ＰＦ６塩等を用いるとよい。

本発明の半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を活用したシステムを説明するための図。 本発明の半導体装置を示す図。 本発明の半導体装置を示す図。

Claims (8)

1. 電磁波を電気信号に変換するアンテナと、
   化学反応を検出する検出部と、
   前記アンテナと前記検出部を制御する制御部と、を有し、
   前記検出部は、少なくとも１つの検出素子を含み、
   前記制御部は、少なくとも１つのトランジスタを含み、
   前記検出素子は、核酸、蛋白質、酵素、抗原、抗体及び微生物から選択された１つ又は複数が固定された反応層を有することを特徴とする半導体装置。
2. 電磁波を電気信号に変換するアンテナと、
   化学反応を検出する検出部と、
   前記アンテナと前記検出部を制御する制御部と、
   データを記憶する記憶部と、を有し、
   前記検出部は、少なくとも１つの検出素子を含み、
   前記制御部は、少なくとも１つのトランジスタを含み、
   前記記憶部は、少なくとも１つの記憶素子を含み、
   前記検出素子は、核酸、蛋白質、酵素、抗原、抗体及び微生物から選択された１つ又は複数が固定された反応層を有し、
   前記記憶素子は、第１の導電層と、第２の導電層と、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間に設けられた層と、を有することを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記検出素子は、前記反応層に接する導電層を有することを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１又は請求項２において、
   前記検出素子は、前記反応層に接する第１の導電層と、前記反応層に接する第２の導電層とを有することを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
   前記アンテナ、前記検出部及び前記制御部は、同一の基板上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
   前記アンテナ、前記検出部及び前記制御部は、同一のガラス基板上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項２乃至請求項５のいずれか１項において、
   前記アンテナ、前記検出部、前記制御部及び前記記憶部は、同一の基板上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項２乃至請求項５のいずれか１項において、
   前記アンテナ、前記検出部、前記制御部及び前記記憶部は、同一のガラス基板上に設けられていることを特徴とする半導体装置。

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