本発明は蓄電装置に関する。特に、無線信号の受信により電力の蓄電を行う蓄電装置に関する。
なお、本明細書でいう蓄電装置とは、外部における電力供給装置(給電器)より、無線信号の受信により電力を蓄電する装置全般を指すものとする。
様々な電子機器の普及が進み、多種多様な製品が市場に出荷されている。特に近年、携帯型の電子機器の普及は顕著である。一例として、携帯電話、デジタルビデオカメラ等は、表示部の高精細化並びに電池の耐久性及び低消費電力化が向上し、利便性に富んだものとなってきている。携帯型の電子機器は、蓄電手段であるバッテリーを内蔵した構造を有する。そして当該バッテリーより携帯型の電子機器を駆動するための電源を確保している。バッテリーとしてリチウムイオン電池等の二次電池(以下、バッテリーともいう)が用いられており、バッテリーの充電には、給電手段である家庭用交流電源にコンセントを挿入したACアダプターを介して直接的に行われているのが現状である(特許文献1を参照)。
なお、本明細書においては、固定電源からの電力供給により動作する電子機器とは異なるものとして、本発明のバッテリーを具備する携帯型の電子機器を総称し移動型電子機器(移動機)と呼称する。
特開2005−150022号公報
しかしながら、携帯電話、デジタルビデオカメラ等の移動型電子機器の使用頻度は増加の一途をたどり、使用時間に対応するための電池の耐久性及び低消費電力化の向上には限界がある。さらには、例として挙げた携帯電話、デジタルビデオカメラ等に内蔵された電源であるバッテリーの充電には、ACアダプターを介した家庭用交流電源からの充電または市販の一次電池からの充電の他に方法が無かった。そのため、使用者にとって充電の作業は猥雑であり、給電手段であるACアダプターまたは一次電池そのものをもって屋外を移動する必要があり負担になるといった課題があった。
さらには、家庭用交流電源からのACアダプターによる充電または市販の一次電池からの充電においては、移動型電子機器におけるバッテリーへの導電部として外部端子を設ける必要があった。そのため、外部端子が剥き出しになる構成、若しくは保護部を介して外部端子が剥き出しになる構成となっていた。そのため外部端子の破損や外部端子の不良に伴う故障が起こってしまうといった課題があった。
また、バッテリーを具備する移動型電子機器においては、バッテリーからの電源回路を介して電子機器における負荷への電力の供給が連続的に行われる。移動型電子機器においては、固定された電源からの電力供給とは異なり、連続的に電力を一定に供給することによりバッテリーの消耗が激しくなる。そのためバッテリーに対し電力の供給が行われない状況においては、移動型電子機器の長時間の使用が制限されるといった課題があった。
そこで本発明は、移動型電子機器において、充電手段であるバッテリーに対する給電手段である給電器からの充電を簡便にし、かつバッテリーと給電手段を直接接続するための外部端子の外的要因に伴う故障、または外部端子そのものの破損の可能性を無くし、かつバッテリーの長時間の使用に伴うバッテリーの消耗を緩和して定期的な電力の供給を行うための蓄電装置及び当該蓄電装置を具備する移動型電子機器を提供することを課題とする。
上述の諸問題を解決するため、本発明は移動型電子機器に電力を供給するためにアンテナ回路を設けることを特徴とする。そして本発明は、当該アンテナ回路に電磁波等の無線信号による電力の供給をし、当該無線信号について電力供給制御回路を介してバッテリー部に電力として供給し充電することを特徴とする。また本発明は、上記バッテリーを無線信号により充電を行う構成に加え、バッテリーからの電力の供給を制御するための電力供給制御回路にスイッチ回路を設け、間欠的に負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。以下、本発明の具体的な構成について示す。
本発明の蓄電装置の一は、アンテナ回路と、電力供給制御回路と、バッテリー部を有し、電力供給制御回路は、アンテナ回路で受信した信号を整流化する整流回路と、スイッチ回路と、低周波信号発生回路と、電源回路を有し、バッテリー部は、整流回路で整流された信号により充電されるバッテリーを有し、スイッチ回路は、低周波信号発生回路からの信号により、バッテリーまたはアンテナ回路より電源回路に供給される電力を制御するものである。
また別の構成の本発明の一は、アンテナ回路と、電力供給制御回路と、バッテリー部を有し、電力供給制御回路は、アンテナ回路で受信した信号を整流化する整流回路と、制御回路と、スイッチ回路と、低周波信号発生回路と、電源回路を有し、バッテリー部は、整流化された信号により充電されるバッテリーを有し、制御回路は、アンテナ回路より供給される電力と、バッテリーから供給される電力とを比較して、スイッチ回路に供給する電力を選択する回路であり、スイッチ回路は、低周波信号発生回路からの信号により、制御回路に選択された電力を、電源回路に出力することを制御するものである。
また別の構成の本発明の一は、アンテナ回路と、電力供給制御回路と、バッテリー部を有し、電力供給制御回路は、アンテナ回路で受信した信号を整流する整流回路と、スイッチ回路と、低周波信号発生回路と、電源回路を有し、バッテリー部は、整流化された信号により充電されるバッテリー及び充電管理回路を有し、充電管理回路は、バッテリーの充電量を管理する回路であり、スイッチ回路は、低周波信号発生回路からの信号により、バッテリーまたはアンテナ回路より電源回路に供給される電力を制御するものである。
また別の構成の本発明の一は、アンテナ回路と、電力供給制御回路と、バッテリー部を有し、電力供給制御回路は、アンテナ回路で受信した信号を整流する整流回路と、制御回路と、スイッチ回路と、低周波信号発生回路と、電源回路を有し、バッテリー部は、整流回路で整流された信号により充電されるバッテリー及び充電管理回路を有し、充電管理回路は、バッテリーの充電量を管理する回路であり、制御回路は、アンテナ回路より供給される電力と、バッテリーから供給される電力とを比較して、スイッチ回路に供給する電力を選択する回路であり、スイッチ回路は、低周波信号発生回路からの信号により、制御回路に選択された電力を、電源回路に出力することを制御するものである。
また本発明における制御回路は、整流回路からの電力がバッテリーからの電力より小さいときは、バッテリーとスイッチ回路とを接続し、バッテリーからの電力が整流回路からの電力より小さいときは、バッテリーとスイッチ回路とを接続しない回路であってもよい。
また本発明におけるバッテリーは、リチウム電池、リチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池または、コンデンサーでものであってもよい。
また本発明におけるバッテリーは、集電体薄膜と、前記集電体薄膜上の負極活物質層と、負極活物質層上の固体電解質層と、固体電解質層上の正極活物質層と、正極活物質層上の集電体薄膜とで構成されるものであってもよい。
また本発明におけるアンテナ回路は、電磁誘導方式により無線信号を受信するものであってもよい。
また本発明における蓄電装置はブースターアンテナを有し、アンテナ回路はブースターアンテナを介してバッテリーを充電するための信号を受信するものであってもよい。
また本発明におけるアンテナ回路は、複数のアンテナを具備するものであってもよい。
また本発明における低周波信号発生回路は、生成されるクロック信号を分周することにより、スイッチ回路に出力する信号を生成するものであってもよい。
また本発明は、上記本発明における蓄電装置を備えた移動型電子機器を含む。
本発明の蓄電装置は、アンテナ回路を有することを特徴とする。そのため、移動型電子機器におけるバッテリーへの導電部として外部端子を設ける必要がなく、外部端子の破損や外部端子の不良に伴う故障が起こることなく、バッテリーに対して無線信号による充電を行うことができる。
また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、負荷に電力を供給する電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。電力供給制御回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
以下、本発明の実施の形態及び実施例について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。従って本実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
(実施の形態1)
本発明の蓄電装置の一構成例について、図1、図2に示すブロック図を用いて説明する。
図1の蓄電装置101は、アンテナ回路102、電力供給制御回路103、バッテリー部104によって構成されている。電力供給制御回路103は、整流回路105、低周波信号発生回路106、スイッチ回路107、電源回路108によって構成される。またバッテリー部104は、バッテリー109によって構成される。なお、電力供給制御回路103における電源回路108から、蓄電装置101の外部にある負荷110に電力の出力が行われる。
なお図1における負荷110の構成は移動型電子機器毎に異なる。例えば携帯電話やデジタルビデオカメラにおける構成においては負荷として、表示部や集積回路部等が挙げられる。また温度や圧力などのセンサーなどにおける負荷の構成としては、センサーを駆動するための動力部、データ信号送信部等が挙げられる。RFID(Radio Frequency Identification)における構成においては、負荷として復調回路、変調回路等が挙げられる。
また、図2には、蓄電装置101におけるアンテナ回路102が給電器201から無線信号を受信するブロック図について示す。図2において、アンテナ回路102で無線信号を受信することで得られた電力は整流回路105を介してバッテリー部104におけるバッテリー109に入力される。また図2において、アンテナ回路102で無線信号を受信することにより得られた電力は、整流回路105を介して低周波信号発生回路106に入力される。また図2において、アンテナ回路102で無線信号を受信することで得られた電力は整流回路105及びスイッチ回路107を介して電源回路108に入力される。また、低周波信号発生回路106は、入力される電力を用いて、スイッチ回路107のオンとオフを制御する信号を出力する。
なお、アンテナ回路102は、図4(A)に示すようにアンテナ401、共振容量402によって構成されるものとして説明し、アンテナ401及び共振容量402を併せてアンテナ回路102ということにする。また、整流回路105は、アンテナ回路102が受信する電磁波により誘導される交流信号を整流化、平滑化をすることにより、直流信号に変換する回路であればよい。例えば、図4(B)に示すように、ダイオード404、ダイオード405、平滑容量406によって整流回路105を構成すればよい。
図1、図2におけるバッテリー部104に供給された電力はバッテリー109に充電され、無線信号により十分な電力の供給が受けられない場合に、バッテリー109より供給される電力がスイッチ回路107を介して電源回路108へ供給される。
また、図1,図2におけるアンテナ回路102に設けられるアンテナの形状についても、特に限定されない。つまり、蓄電装置101におけるアンテナ回路102に適用する無線信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式又はマイクロ波方式等により行うことができる。伝送方式は、実施者が適宜使用用途を考慮して選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さや形状のアンテナを設ければよい。
また、図1、図2に示す構成において、アンテナ回路102は、給電器201からの無線信号の受信に限らず、空間内の他の無線信号を受信し、電力供給制御回路103に信号を供給してもよい。例えば蓄電装置101のバッテリー109を充電するためにアンテナ回路102で受信する無線信号(電波)として、携帯電話の中継局の電波(800〜900MHz帯、1.5GHz、1.9〜2.1GHz帯等)、携帯電話から発振される電波、電波時計の電波(40kHz等)、家庭用の交流電源のノイズ(60Hz等)、他の無線信号出力手段から無作為に生じている電波等を利用することができる。
また、アンテナ回路102に給電器201より送電される信号の周波数は、特定の周波数に限定されるものではなく、例えばサブミリ波である300GHz〜3THz、ミリ波である30GHz〜300GHz、マイクロ波である3GHz〜30GHz、極超短波である300MHz〜3GHz、超短波である30MHz〜300MHz、短波である3MHz〜30MHz、中波である300KHz〜3MHz、長波である30KHz〜300KHz、及び超長波である3KHz〜30KHzのいずれの周波数も用いることができる。
ここで、アンテナ回路102に設けるアンテナの形状の一例を図3に示す。例えば、図3(A)に示すように電力供給制御回路が設けられたチップ332の周りに一面のアンテナ333を配した構造を取っても良い。また、図3(B)に示すように電力供給制御回路が設けられたチップ332が細いアンテナ333に囲まれるように配した構造をとってもよい。また、図3(C)に示すように電力供給制御回路が設けられたチップ332を配し、高周波数の電磁波を受信するためのアンテナ333の形状をとってもよい。また、図3(D)に示すように電力供給制御回路が設けられたチップ332を配し、180度無指向性(どの方向からでも同じく受信可能)なアンテナ333での形状をとってもよい。また、図3(E)に示すように、電力供給制御回路が設けられたチップ332を配し、棒状に長く伸ばしたアンテナ333の形状をとってもよい。図1,図2におけるアンテナ回路102はこれらの形状のアンテナを用いることができる。
また、図3において、アンテナに必要な長さは受信に用いる周波数によって適正な長さが異なる。そのため、一般には波長の整数分の1の長さにし、例えば周波数が2.45GHzの場合は約60mm(1/2波長)、約30mm(1/4波長)とすれば良い。
なお、図2における給電器201について、図5を用いて説明する。図5における給電器201は、送電制御部601、アンテナ回路602によって構成されている。送電制御部601は、移動型電子機器における蓄電装置101に送信する送電用の電気信号を変調し、アンテナ回路602から送電用の無線信号を出力する。
本実施の形態において、図5に示す給電器201のアンテナ回路602は、送電制御部601に接続され、蓄電装置101におけるアンテナ回路102と同様に、LC並列共振回路を構成するアンテナ603及び共振容量604を有する。送電制御部601は、送電時にアンテナ回路602に誘導電流を供給し、アンテナ603より蓄電装置101に送電用の無線信号を出力する。
なお、本実施の形態においては、アンテナ回路102回路が受信する無線信号は、電磁誘導方式により供給されるものとして説明する。そのため、図1及び図2における蓄電装置101は、コイル状のアンテナ回路102を有する構成となる。例えば図6に、蓄電装置におけるアンテナ回路と給電器におけるアンテナ回路の位置関係並びにアンテナの形状について示す。図6において、蓄電装置におけるアンテナ回路が、給電器のアンテナからの送電用の無線信号を受信する構成について示す。
図6において、送電制御部703に接続された給電器201のアンテナ回路704内のコイル状のアンテナ705と蓄電装置101のアンテナ回路102を近づけると、給電器201におけるアンテナ回路704のコイル状のアンテナ705から交流磁界が発生する。交流磁界が蓄電装置101内のコイル状のアンテナ回路102を貫き、電磁誘導により蓄電装置101内のコイル状のアンテナ回路102の端子間(アンテナの一端と他端の間)に起電力が発生する。当該起電力により蓄電装置101内のバッテリーに充電することができる。なお、蓄電装置101におけるアンテナ回路102は、重畳的に存在する場合であっても、交流磁界内に複数存在する場合であっても給電器からの充電を行うことができる。
次に、図1、図2に示す蓄電装置101に、給電器からの無線信号によりバッテリーの充電及び電源回路への電力の供給をする際の動作について説明する。アンテナ回路102で受信した外部の無線信号は、整流回路105により、半波整流され、そして平滑化される。そして整流回路105から出力される電力は、スイッチ回路107を介して、電源回路108に供給され、余剰電力がバッテリー109に蓄えられる。
また、前述したように、本発明では間欠的に蓄電装置を動作させることにより、消費電力の低減を図っている。一般に蓄電回路は負荷に対し常時電力を供給するが、用途によっては必ずしも常時電力の供給をしなくとも良い場合もある。そのような場合に、蓄電装置から負荷への電力の供給の動作を停止することによって、バッテリーの消費電力を低減することができる。本発明において、常時動作しているのは、図1,図2における低周波信号発生回路106のみである。低周波信号発生回路106はバッテリー109に蓄えられた電力をもとに動作する。図7を用いて、低周波信号発生回路106の出力波形について説明する。
図7には、低周波信号発生回路106がスイッチ回路107に出力する信号の波形について示している。図7の例では出力波形のデューティを1:n(nは整数)にすることによって、消費電力を1/(n+1)程度にすることができる。この信号を元にしてスイッチ回路107を駆動する。スイッチ回路107はバッテリー109と電源回路108を、低周波信号発生回路106の出力信号がハイになっている期間だけ接続し、それによって、その期間だけ蓄電装置におけるバッテリー109より電源回路108を介して負荷110に電力が供給される。
また図8には図1,図2における低周波信号発生回路106の具体的な構成例について説明する。図8の低周波信号発生回路106はリングオシレータ820、分周回路821、AND回路822、インバータ823、824によって構成されている。リングオシレータ820の発振信号を分周回路821で分周し、その出力をAND回路822にいれ、AND回路822で低デューティの信号を作り出している。さらにAND回路822の出力をインバータ823、インバータ824を介して、トランスミッションゲート825で構成されるスイッチ回路107に入力している。リングオシレータ820は低周波数で発振するリングオシレータであり、たとえば、1kHzで発振させる。
また図9は図8で示した低周波信号発生回路106の各構成から出力される信号のタイミングチャートについて示す。図9において、リングオシレータ820の出力波形、分周回路821の出力波形、AND回路822の出力波形を示したものである。分周回路を1024分周の分周回路821とすれば分周回路の出力信号としては、図9に図示するような順次分周された信号である分周回路出力波形1、分周回路出力波形2、分周回路出力波形3が順次出力されていく。本実施の形態では例として、分周回路821を1024分周の分周回路であるとすると、分周回路821から出力された複数の信号が入力されたAND回路822より出力される信号のデューティを1:1024の信号として形成することができる。このときリングオシレータ820の発振周波数が1kHzであれば1つの周期において動作期間は0.5μs、非動作期間は512μsである。リングオシレータの発振周波数は1kHzに限らず、他の周波数であっても良い。また、分周回路における分周の数も1024に限らず他の値であっても良い。
そして本発明における低周波信号発生回路106から出力される信号は定期的にスイッチ回路107のトランスミッションゲート825のオンとオフを制御し、バッテリー109から電源回路108への電力の供給を制御し、蓄電装置101からの負荷110への電力の供給を制御することができる。すなわち、バッテリー109から負荷110への電力の供給を間欠的に行うことにより、蓄電装置101から負荷110への電力の供給を抑え、低消費電力化を行うことができる。
また、図1、図2における電源回路の例について図10を用いて説明する。電源回路は基準電圧発生回路とバッファアンプで構成される。基準電圧発生回路は抵抗1000、ダイオード接続のトランジスタ1002、1003によって構成され、トランジスタのVGS2つ分の基準電圧を発生させる。バッファアンプはトランジスタ1005、1006で構成される差動回路、トランジスタ1007、1008によって構成されるカレントミラー回路、電流供給用抵抗1004、トランジスタ1009、抵抗1010によって構成されるソース接地アンプより構成される。
図10に示す電源回路において、出力端子より流れる電流が大きいときはトランジスタ1009に流れる電流が少なくなり、また、出力端子より流れる電流が小さいときはトランジスタ1009に流れる電流が多くなり、抵抗1010に流れる電流はほぼ一定となるように動作する。また出力端子の電位は基準電圧発生回路とほぼ同じ値となる。ここでは基準電圧発生回路とバッファアンプを有する電源回路を示したが、本発明に用いる電源回路は図10に限定されず、他の形式の電源回路であっても良い。
また、本明細書においてバッテリーとは、充電することで連続使用時間を回復することができる電池のことをいう。なおバッテリーとしては、その用途により異なるが、シート状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばリチウム電池、好ましくはゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池等を用いることで、小型化が可能である。勿論、充電可能な電池であればなんでもよく、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などの充電放電可能な電池であってもよいし、また大容量のコンデンサーなどを用いても良い。
なお、本発明のバッテリーとして用いることのできる大容量のコンデンサーとしては、電極の対向面積が大きいものであることが望ましい。活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブなど比表面積の大きい電極用材料を用いた電解二重層コンデンサーを用いることが好適である。コンデンサーは電池に較べ構成が単純であり薄膜化や積層化も容易である。電気二重層コンデンサーは蓄電機能を有し、充放電の回数が増えても劣化が小さく、急速充電特性にも優れているため好適である。
また、本実施の形態において、バッテリーに蓄電される電力は、給電器201より出力される無線信号に限らずに、別途蓄電装置の一部に発電素子を設け補う構成としてもよい。図11に蓄電装置101のバッテリー部104の一部に発電素子を設けた構成について示す。図11における構成は図1と異なる点としてバッテリーに電力を供給するための発電素子1101を設ける点にある。発電素子1101を設ける構成とすることによって、バッテリー109に蓄電される電力の供給量を増やし、また充電速度を速めることができるため好適である。
なお、図11における発電素子1101としては、例えば太陽電池を用いた発電素子であってもよいし、圧電素子を用いた発電素子であってもよいし、微小構造体(MEMS:Micro Electro Mechanical System)を用いた発電素子であってもよい。また、図11における発電素子の構成は、前述の列挙した構成に限定されないことを付記する。
なお、図1,図2におけるアンテナ回路102を複数設け、受信する信号の周波数を複数にする構成であってもよい。図12に複数のアンテナ回路を具備する蓄電装置の構成について示す。図1,図2と異なる点は、複数のアンテナ回路として第1のアンテナ回路1201、第2のアンテナ回路1202を具備する点にある。図12に示すように複数のアンテナ回路を具備する構成とすることにより、複数の周波数の無線信号をより効率よく受信し、受信した信号による電力をバッテリーの充電に充てることができるため好適である。また複数のアンテナ回路を設ける構成においては、給電する給電器の数を複数設けることにより、複数の無線信号を受信できる。例えば、図12に示すように第1のアンテナ回路1201に無線信号を出力する第1の給電器1203、第2のアンテナ回路1202に無線信号を出力する第2の給電器1204を設けることで、より蓄電装置101におけるバッテリーへの充電をし易くなり好適である。
なお、図12に示す構成においては、第1のアンテナ回路1201、第2のアンテナ回路1202及び第1の給電器1203、第2の給電器1204を設ける構成について示したが、これに限定されず、さらに第3のアンテナ回路、第3の給電器といったように、さらに複数のアンテナ回路及び給電器を設ける構成としてもよい。
本発明の蓄電装置においては、バッテリーより電源回路を介した負荷への電力の供給を、間欠的に行うことにより消費電力を十分小さく下げることが可能になる。また加えて、蓄電装置の外部より入力される無線信号をアンテナ回路で受信し、蓄電装置におけるバッテリー内に電力を蓄電することにより、負荷に供給する電力を定期的にアンテナ回路より供給する必要がなくなる。また、アンテナ回路で受信される信号の電力と、バッテリー内に蓄電された電力を制御回路により比較することで、アンテナ回路から電源回路への電力の供給か、バッテリーから電源回路への電力の供給かを選択することによりさらなる低消費電力化を図ることができるため好適である。
以上のように、本発明の蓄電装置は、アンテナ回路を有することを特徴とする。そのため、バッテリーへの導電部として外部端子を設ける必要がなく、直接接続し充電することによる外部端子の破損や外部端子の不良に伴う故障が起こることなく、バッテリーに対して無線信号による給電を行うことができる。また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、負荷に電力を供給する電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。電力供給制御回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書中の他の実施の形態の記載と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態1で示した蓄電装置において、電力供給制御回路における電源回路に供給される電力としてアンテナ回路からの電力かバッテリーからの電力供給かを選択するための制御回路を備えた構成に関して、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態において使用する図面に関し、実施の形態1と同じ部分は同じ符号を用いて示す場合がある。
本実施の形態における本発明の蓄電装置の一構成例について、図13、図14に示すブロック図を用いて説明する。
図13の蓄電装置101は、アンテナ回路102、電力供給制御回路103、バッテリー部104によって構成されている。電力供給制御回路103は、整流回路105、制御回路1601、低周波信号発生回路106、スイッチ回路107、電源回路108によって構成される。またバッテリー部104は、バッテリー109によって構成される。なお、電力供給制御回路103における電源回路108から、蓄電装置101の外部にある負荷110に電力の出力が行われる。実施の形態1における図1の構成との違いは、制御回路1601が整流回路105とバッテリー109との間にある構成である点にある。
なお図13における負荷110の構成は移動型電子機器毎に異なる。例えば携帯電話やデジタルビデオカメラにおける構成においては負荷として、表示部や集積回路部等が挙げられる。また温度や圧力などのセンサーなどにおける負荷の構成としては、センサーを駆動するための動力部、データ信号送信部等が挙げられる。RFID(Radio Frequency Identification)における構成においては、負荷として復調回路、変調回路等が挙げられる。
また、図14には、アンテナ回路102が給電器201からの無線信号を元に充電を行うブロック図について示す。図14において、アンテナ回路102で無線信号を受信することで得られる電力は整流回路105、制御回路1601を介してバッテリー部104におけるバッテリー109に入力される。また図14において、アンテナ回路102が無線信号を受信することで得られる電力は、整流回路105を介して低周波信号発生回路106に入力される。また図14において、アンテナ回路102が無線信号を受信することで得られる電力は、整流回路105及びスイッチ回路107を介して電源回路108に入力される。また、低周波信号発生回路106は、入力される電力を用いて、スイッチ回路107のオンとオフを制御する信号を出力する。
なお、図13、図14におけるアンテナ回路102は、実施の形態1で示した図4(A)に示す構成であればよい。また、整流回路105は、実施の形態1で示した図4(B)に示す構成であればよい。
また、図13、図14におけるアンテナ回路102については、実施の形態1で述べたアンテナ回路102の説明と同様であるためここでは説明を省略する。
なお、アンテナ回路102に設けるアンテナの形状の例としては、実施の形態1で説明した図3の形状を用いれば良く、上述の説明と同様であるためここでは省略する。
また、図13、図14に示す構成において、実施の形態1の図12で説明した様にアンテナ回路、及び給電器を複数設ける構成としてもよい。
また、図13、図14における電源回路108の構成については、実施の形態1で述べた電源回路108の構成と同様であるためここでは説明を省略する。
本実施の形態においては、電力供給制御回路103は、整流回路105から出力される電力が、負荷110を動作させるのに必要な電力より十分に大きいときには、整流回路105から出力される電力のうち余剰電力をバッテリー109に蓄え、整流回路105から出力される電力が、負荷110を動作させるのに十分でないときには、バッテリー109から電源回路108に電力を供給する制御回路1601を有している。
本実施の形態における制御回路1601としては、整流回路105とバッテリー109の間に制御回路を接続することにより実現することができる。バッテリー109を接続することによって、余剰電力をバッテリー109に蓄え、整流回路105から出力される電力が低下した時にはバッテリー109から電源回路108に電力を供給する。
また、図13、図14に示す制御回路1601の例について図15を用いて説明する。
図15において制御回路1601は整流素子1394、整流素子1395、電圧比較回路1391、スイッチ1392、及びスイッチ1393を有している。
図15において、電圧比較回路1391は、バッテリー109から出力される電圧と整流回路105から出力される電圧とを比較する。整流回路105から出力される電圧がバッテリー109から出力される電圧よりも十分に高いときには、電圧比較回路1391はスイッチ1392をオンにし、スイッチ1393をオフにする。すると、整流回路105から整流素子1394及びスイッチ1392を介してバッテリー109に電流が流れる。一方、整流回路105から出力される電圧がバッテリー109から出力される電圧と比較して十分な高さでなくなると、電圧比較回路1391はスイッチ1392をオフにし、スイッチ1393をオンにする。このとき、整流回路105から出力された電圧がバッテリー109から出力された電圧より高ければ、整流素子1395には電流が流れないが、整流回路105から出力された電圧がバッテリー109から出力された電圧より低ければ、バッテリー109からスイッチ1393及び整流素子1395を介してスイッチ回路107を介して電源回路108に電流が流れる。
なお、制御回路1601は本実施の形態で説明した構成に限定されず、他の形式を用いても良い。
また、図15において説明した電圧比較回路1391の例について図16を用いて説明する。
図16に示す構成において、電圧比較回路1391は、バッテリー109から出力される電圧を抵抗素子1401と抵抗素子1402で抵抗分割し、整流回路105から出力される電圧を抵抗素子1403と抵抗素子1404で抵抗分割し、それぞれ抵抗分割した電圧をコンパレーター1405に入力している。コンパレーター1405の出力にはインバータ形式のバッファ回路1406及びバッファ回路1407を直列に接続する。そして、バッファ回路1406の出力を図15におけるスイッチ1393の制御端子に入力し、バッファ回路1407の出力を図15におけるスイッチ1392の制御端子に入力し、図15のスイッチ1392及びスイッチ1393のオンとオフを制御する。なお、図15におけるスイッチ1392及びスイッチ1393は制御端子に入力される信号がHレベルのときオンし、Lレベルのときオフするものとする。
また図16に示す構成において、抵抗分割して、コンパレーター1405に入力する電圧を調整することにより、バッテリー109から出力される電圧より整流回路105から出力される電圧がどれだけ高くなったら、スイッチ1392をオンにし、スイッチ1393をオフにするかを制御することができる。
なお、電圧比較回路1391は本実施の形態において説明した構成に限定されず、他の形式を用いても良い。
次に、図13、図14に示す蓄電装置101に、無線信号により電力を給電する際の動作を以下に説明する。アンテナ回路102で受信した外部の無線信号は、整流回路105により、半波整流され、そして平滑化される。
そして制御回路1601において、バッテリー109から出力される電圧と整流回路105から出力される電圧とを比較する。整流回路105から出力される電圧がバッテリー109から出力される電圧よりも十分高ければ、整流回路105とバッテリー109とを接続する。このとき整流回路105から出力される電力はバッテリー109と電源回路108の両方に供給され、余剰電力がバッテリー109に蓄えられる。
制御回路1601は、整流回路105から出力される電圧がバッテリー109から出力される電圧より低くなると電源回路108とバッテリー109とを接続する。このとき、整流回路105から出力された電圧がバッテリー109から出力された電圧より高いときには、整流回路105から出力される電力が電源回路108に供給され、バッテリー109への充電やバッテリーの電力の消費はない。そして、整流回路105から出力される電圧がバッテリー109から出力される電圧より低くなると、バッテリー109から電源回路108に電力を供給する。すなわち、制御回路1601は整流回路105から出力される電圧とバッテリー109から出力される電圧とに応じて電流の方向を制御する。
また、前述したように、本発明の蓄電装置においては、バッテリーより電源回路を介した負荷への電力の供給を、間欠的に行うことにより消費電力を十分小さく下げることが可能になる。また加えて、蓄電装置の外部より入力される無線信号をアンテナ回路で受信し、蓄電装置におけるバッテリー内に電力を蓄電することにより、負荷に供給する電力を定期的にアンテナ回路より供給する必要がなくなる。また、アンテナ回路で受信される信号の電力と、バッテリー内に蓄電された電力を制御回路により比較することで、アンテナ回路から電源回路への電力の供給か、バッテリーから電源回路への電力の供給かを選択することによりさらなる低消費電力化を図ることができるため好適である。
なお本実施の形態における低周波信号発生回路の構成及びタイミングチャートについては、実施の形態1で説明した図7、図8、図9の説明箇所と同様であるため、本実施の形態においては説明を省略する。
以上のように、本発明の蓄電装置は、アンテナ回路を有することを特徴とする。そのため、バッテリーへの導電部として外部端子を設ける必要がなく、直接接続し充電することによる外部端子の破損や外部端子の不良に伴う故障が起こることなく、バッテリーに対して無線信号による給電を行うことができる。また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、負荷に電力を供給する電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。電力供給制御回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書中の他の実施の形態の記載と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態1で示した蓄電装置の構成において、ブースターアンテナ回路(以下、ブースターアンテナという)を有する構成に関して、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態において使用する図面に関し、実施の形態1と同じ部分は同じ符号を用いて示す。
なお、本実施の形態において述べるブースターアンテナとは、蓄電装置に設けられた給電器からの無線信号を受信するアンテナよりも、サイズの大きいアンテナのことをいう。ブースターアンテナは、使用する周波数帯域で、給電器からの信号を共振させ、蓄電装置に設けられたアンテナ回路と、ブースターアンテナとを磁界結合させることで、給電器より供給された信号を、効率よく目的の蓄電装置へ伝達させることができるものをいう。ブースターアンテナは磁界を介してアンテナ回路と結合しているため、直接アンテナ回路及び電力供給制御回路とは接続する必要が無いため好適である。
本実施の形態における蓄電装置について、図17に示すブロック図を用いて説明する。
図17の蓄電装置101は、アンテナ回路102、ブースターアンテナ1501、電力供給制御回路103、バッテリー部104によって構成されている。電力供給制御回路103は、整流回路105、低周波信号発生回路106、スイッチ回路107、電源回路108によって構成される。またバッテリー部104は、バッテリー109によって構成される。なお、ブースターアンテナ1501は給電器201からの無線信号を受信する。なお、電力供給制御回路103における電源回路108から、蓄電装置101の外部にある負荷110に電力の出力が行われる。実施の形態1における図2の構成との違いは、ブースターアンテナ1501が給電器201とアンテナ回路102との間にある構成である点にある。
図17において、蓄電装置101は、ブースターアンテナ1501が給電器201からの無線信号を受信しアンテナ回路102と磁界結合することで給電器201からの無線信号をアンテナ回路102に送信する。図17において、アンテナ回路102より電力供給制御回路103に入力される信号は、整流回路105、スイッチ回路107を介して電源回路108に入力される。また図17においてアンテナ回路102で受信する信号は整流回路105を介してバッテリー109に入力され、バッテリー109の充電が行われる。
なお、アンテナ回路102は、実施の形態1で示した図4(A)に示す構成であればよい。また、整流回路105は、実施の形態1で示した図4(B)に示す構成であればよい。
また、図17におけるアンテナ回路102については、実施の形態1で述べたアンテナ回路102の説明と同様であるためここでは説明を省略する。
また、本実施の形態においては、アンテナ回路102、ブースターアンテナ1501が受信するための無線信号は、電磁誘導方式により供給される。そのため、図17における蓄電装置101は、コイル状のアンテナ回路102、ブースターアンテナ1501を有する構成となる。図17において、給電器201のアンテナ回路内のコイル状のアンテナと蓄電装置101のブースターアンテナ1501を近づけると、給電器201におけるアンテナ回路のコイル状のアンテナから交流磁界が発生する。交流磁界が蓄電装置101内のコイル状のブースターアンテナ1501を貫き、電磁誘導により蓄電装置101内のコイル状のブースターアンテナ1501の端子間(アンテナの一端と他端の間)に起電力が発生する。コイル状のブースターアンテナ1501において電磁誘導による起電力が発生すると共にブースターアンテナ自体から交流磁界が発生する。そして、ブースターアンテナ1501から発生する交流磁界が蓄電装置101内のコイル状のアンテナ回路102を貫き、電磁誘導により蓄電装置101内のコイル状のアンテナ回路102の端子間(アンテナの一端と他端の間)に起電力が発生する。当該起電力により蓄電装置101内のバッテリー109に充電することができる。
なお、本実施の形態において、バッテリーに蓄電される電力は、給電器201より出力される無線信号に限らずに、実施の形態1で説明した図11のように蓄電装置のバッテリー部104の一部に発電素子を設け電力を補う構成としてもよい。発電素子を設けることで、バッテリー109に蓄電される電力の供給量を増やし、また充電速度を速めることができるため好適である。
本実施の形態においては、図17のブースターアンテナを具備する構成により、給電器201と蓄電装置101間の信号の送受信についての通信距離を伸ばすことができ、信号のやりとりをより確実にすることができるため好適である。
また、図17に示す構成において、実施の形態1の図12で説明した様にアンテナ回路、及び給電器を複数設ける構成としてもよい。このとき、ブースターアンテナは使用する周波数帯域で給電器201からの信号を共振させ、アンテナ回路とブースターアンテナを磁界結合させることで、給電器201より供給された信号や他の無線信号を、効率よく蓄電装置101へ伝達させることができ好適である。また図17に示した構成において、第1のアンテナ及び第2のアンテナとしてアンテナ回路を複数設ける際には、ブースターアンテナ1501の同調を第1のアンテナ回路に限らず、ブースターアンテナ1501が同調する周波数の帯域を異ならせることにより他のアンテナと磁界結合させることもできる。
なお、図17に示す蓄電装置101内のバッテリー109に、外部の無線信号より電力を充電する際の動作については、実施の形態1において説明した図2における動作の説明と同様であるため本実施の形態においてはその説明を省略する。
また、本実施の形態における低周波信号発生回路の構成及びタイミングチャートについては、実施の形態1で説明した図7、図8、図9の説明箇所と同様であるため、本実施の形態においては説明を省略する。
なお、本実施の形態においては、実施の形態2で説明した電力供給制御回路103における制御回路を設ける構成としてもよい。本実施の形態において制御回路を有する構成とすることにより、ブースターアンテナを設ける構成の効果に加えて、アンテナ回路で受信される信号の電力と、バッテリー内に蓄電された電力を制御回路により比較することで、アンテナ回路から電源回路への電力の供給か、バッテリーから電源回路への電力の供給かを選択することによりさらなるバッテリーにおける消費電力の低減を図ることができるため好適である。
以上のように、本発明の蓄電装置においては、バッテリーより電源回路を介した負荷への電力の供給を、間欠的に行うことにより消費電力を十分小さく下げることが可能になる。また加えて、蓄電装置の外部より入力される無線信号をアンテナ回路で受信し、蓄電装置におけるバッテリー内に電力を蓄電することにより、負荷に供給する電力を定期的にアンテナ回路より供給する必要がなくなる。また、アンテナ回路からの受信信号の電力と、バッテリー内に蓄電された電力を制御回路により比較することで、アンテナ回路から電源回路への電力の供給か、バッテリーから電源回路への電力の供給かを選択することによりさらなる低消費電力化を図ることができるため好適である。
さらに、本実施の形態の構成においては、実施の形態1の構成に加えて、ブースターアンテナを有することを特徴とする。そのため、蓄電装置と給電器間の無線信号の送電を、より確実に行うことが可能となるといった利点を有する。
なお、本実施の形態は、本明細書中の他の実施の形態の記載と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態1で示した蓄電装置の構成において、充電管理回路を有する構成に関して、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態において使用する図面に関し、実施の形態1と同じ部分は同じ符号を用いて示す。
なお、本実施の形態における充電管理回路とは、バッテリーを使用する場合における充放電の管理専用の回路のことをいう。バッテリーを使用する場合、一般に、充放電の管理が必要である。充電をおこなう際に過充電にならないように、充電状況をモニターしながら充電を行う必要がある。本発明に用いるバッテリーにおいて、充電管理をおこなう場合には専用の回路が必要となる。
本実施の形態における蓄電装置について、図30に示すブロック図を用いて説明する。
図30の蓄電装置101は、アンテナ回路102、電力供給制御回路103、バッテリー部104によって構成されている。電力供給制御回路103は、整流回路105、低周波信号発生回路106、スイッチ回路107、電源回路108によって構成される。またバッテリー部104は、バッテリー109、充電管理回路3301によって構成される。なお、電力供給制御回路103における電源回路108から、蓄電装置101の外部にある負荷110に電力の出力が行われる。実施の形態1における図2の構成との違いは、充電管理回路3301が整流回路105とバッテリー109との間にある構成である点にある。
図30において、蓄電装置101は、給電器201からの無線信号をアンテナ回路102で受信する。図30において、アンテナ回路102より電力供給制御回路103に入力される信号は、整流回路105、スイッチ回路107を介して電源回路108に入力される。また図30においてアンテナ回路102で受信する信号は整流回路105、充電管理回路3301を介してバッテリー109に入力され、バッテリー109の充電が行われる。
なお、アンテナ回路102は、実施の形態1で示した図4(A)に示す構成であればよい。また、整流回路105は、実施の形態1で示した図4(B)に示す構成であればよい。
また、図30におけるアンテナ回路102については、実施の形態1で述べたアンテナ回路102の説明と同様であるためここでは説明を省略する。
なお、本実施の形態において、バッテリーに蓄電される電力は、給電器201より出力される無線信号に限らずに、実施の形態1で説明した図11のように蓄電装置のバッテリー部104の一部に発電素子を設け電力を補う構成としてもよい。発電素子を設けることで、バッテリー109に蓄電される電力の供給量を増やし、また充電速度を速めることができるため好適である。
また、図30に示す構成において、実施の形態1の図12で説明した様にアンテナ回路、及び給電器を複数設ける構成としてもよい。
なお、図30に示す蓄電装置101内のバッテリー109に、外部の無線信号より電力を充電する際の動作については、実施の形態1において説明した図2における動作の説明と同様であるため本実施の形態においてはその説明を省略する。
また、本実施の形態における低周波信号発生回路の構成及びタイミングチャートについては、実施の形態1で説明した図7、図8、図9の説明箇所と同様であるため、本実施の形態においては説明を省略する。
なお、本実施の形態においては、実施の形態2で説明した電力供給制御回路103における制御回路を設ける構成としてもよい。本実施の形態において制御回路を有する構成とすることにより、ブースターアンテナを設ける構成の効果に加えて、アンテナ回路からの受信信号の電力と、バッテリー内に蓄電された電力を制御回路により比較することで、アンテナ回路から電源回路への電力の供給か、バッテリーから電源回路への電力の供給かを選択することによりさらなるバッテリーにおける消費電力の低減を図ることができるため好適である。
次に本実施の形態における充電管理回路3301の構成について図31を用いて説明する。
図31に示す充電管理回路3301は定電流源7401、スイッチ回路7402、充電量制御回路7403から構成されている。なお図31に示した構成における定電流源7401、スイッチ回路7402、充電量制御回路7403、バッテリー109は、総じて上記実施の形態1で示した図1のバッテリー部104に対応する。すなわち、充電管理回路3301における定電流源7401には、上記実施の形態1で示した図1における整流回路105、実施の形態2で示した図13における制御回路1601からの信号が入力される。
ここで述べた充電管理回路は一例であり、この構成に限定されるものではなく、他の構成であっても良い。本実施の形態は定電流によって、バッテリーに充電をおこなっているが、定電流だけの充電ではなく、途中で定電圧充電に切り替えても良い。定電流を用いない別の方式であっても良い。また、以下説明する図31のブロック図における回路を構成するトランジスタは薄膜トランジスタであっても良いし、単結晶基板上のトランジスタや有機トランジスタであっても良い。
図32には、上記図31で示したブロック図について、詳細にしたものである。以下に動作を説明する。
図32に示す構成において、定電流源7401、スイッチ回路7402、充電量制御回路7403を有し、充電量制御回路7403は高電位電源線7526、低電位電源線7527を電源線として用いている。図32では低電位電源線7527をGND線として用いている。なお、低電位電源線7527の電位はGNDには限定されず他の電位であっても良い。
定電流源7401はトランジスタ7502〜7511、抵抗7501、抵抗7512によって構成されている。高電位電源線7526より抵抗7501を介してトランジスタ7502、7503に電流が流れ、トランジスタ7502、7503がオンする。
トランジスタ7504、トランジスタ7505、トランジスタ7506、トランジスタ7507、トランジスタ7508は帰還型の差動アンプを構成し、トランジスタ7502のゲート電位はトランジスタ7506のゲート電位とほぼ同じとなる。トランジスタ7511のドレイン電流はトランジスタ7507のゲート電位と低電位電源線7527の電位差を抵抗7512の抵抗値で割った値となる。その電流をトランジスタ7509、7510によって構成されるカレントミラー回路に入力し、カレントミラー回路の出力電流をスイッチ回路7402に供給する。定電流源7401は本構成に限定されず他の構成を用いても良い。
スイッチ回路7402はトランスミッションゲート7515、インバータ7513,インバータ7514から構成され、インバータ7514の入力信号によって定電流源7401の電流をバッテリー109に供給するか、否かを制御する。スイッチ回路はこの構成に限定されず他の構成を用いても良い。
充電量制御回路7403はトランジスタ7516〜7524、抵抗7525によって構成される。高電位電源線7526より抵抗7525を介してトランジスタ7523、7524に電流が流れ、トランジスタ7523、7524がオンする。トランジスタ7518、7519、7520、7521、7522は差動型のコンパレーターを構成している。トランジスタ7520のゲート電位がトランジスタ7521のゲート電位より低い場合、トランジスタ7518のドレイン電位はほぼ高電位電源線7526の電位とほぼ等しくなり、トランジスタ7520のゲート電位がトランジスタ7521のゲート電位より高い場合、トランジスタ7518のドレイン電位はトランジスタ7520のソース電位とほぼ等しくなる。
トランジスタ7518のドレイン電位が高電位電源線7526とほぼ等しい場合、トランジスタ7517、7516で構成されるバッファを介して、充電量制御回路7403はロウを出力する。
トランジスタ7518のドレイン電位がトランジスタ7520のソース電位とほぼ等しい場合、トランジスタ7517、7516で構成されるバッファを介して、充電量制御回路7403はハイを出力する。
充電量制御回路7403の出力がロウの場合、バッテリー109にはスイッチ回路7402を介して電流が供給される。また、充電量制御回路7403の出力がハイの場合は、スイッチ回路7402はオフして、バッテリー109に電流は供給されない。
トランジスタ7520のゲートはバッテリー109に接続されているため、バッテリーが充電され、その電位が充電量制御回路7403のコンパレーターのしきい値を超えると、充電が停止する。本実施の形態ではコンパレーターのしきい値をトランジスタ7523のゲート電位で設定しているが、この値に限定するものではなく、他の電位であっても良い。一般に設定電位は用途とバッテリーの性能によって適宜決められるものである。
本実施の形態では以上のようにバッテリーへの充電管理回路を構成したが、この構成に限定されるものではない。
以上のような構成にすることにより、本発明の蓄電装置においては、バッテリー部104におけるバッテリー109の充電を管理する機能を追加することができる。故に本発明の蓄電装置においては、蓄電装置における電力供給制御回路によるバッテリーの充電における過充電等の不具合を防ぐことのできる蓄電装置を提供することが可能になる。加えて、本発明の蓄電装置においては、バッテリーより電源回路を介した負荷への電力の供給を、間欠的に行うことにより消費電力を十分小さく下げることが可能になる。また加えて、蓄電装置の外部より入力される無線信号をアンテナ回路で受信し、蓄電装置におけるバッテリー内に電力を蓄電することにより、負荷に供給する電力を定期的にアンテナ回路より供給する必要がなくなる。また、アンテナ回路で受信される信号の電力と、バッテリー内に蓄電された電力を制御回路により比較することで、アンテナ回路から電源回路への電力の供給か、バッテリーから電源回路への電力の供給かを選択することによりさらなる低消費電力化を図ることができるため好適である。
なお、本実施の形態は、本明細書中の他の実施の形態の記載と組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、本発明の蓄電装置におけるバッテリーの例について説明する本明細書において、バッテリーとは、充電することで連続使用時間を回復することができる電池のことをいう。バッテリーとしては、シート状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばリチウム電池、好ましくはゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池等を用いることで、小型化が可能である。勿論、充電可能な電池であればなんでもよく、ニッケル水素電池、ニカド電池などの充電放電可能な電池であってもよいし、また大容量のコンデンサーなどを用いることもできる。
本実施例においては、バッテリーとしてリチウムイオン電池の例について説明する。リチウムイオン電池は、ニッカド電池、鉛電池などと比べて、メモリ効果がなく、電流量が大きく取れるなどの利点からが広く用いられている。また、リチウムイオン電池は近年、薄膜化の研究がおこなわれており、厚さ1μm〜数μmのものも作られつつある(以下、薄膜二次電池という)。このような薄膜二次電池をRFIDなどに貼り付けることによってフレキシブルな二次電池として活用できる。
図33に本発明のバッテリーとして用いることが可能な薄膜二次電池の例を示す。図33に示した例においては、リチウムイオン薄膜電池の断面例である。
図33の積層構造について説明する。図33の基板7101上に電極となる集電体薄膜7102を成膜する。集電体薄膜7102は負極活物質層7103と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。次に集電体薄膜7102上に負極活物質層7103を成膜する。一般には酸化バナジウム(V2O5)などが用いられる。次に負極活物質層7103上に固体電解質層7104を成膜する。一般にはリン酸リチウム(Li3PO4)などが用いられる。次に固体電解質層7104上に正極活物質層7105を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム(LiMn2O4)などが用いられる。コバルト酸リチウム(LiCoO2)やニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用いても良い。次に正極活物質層7105上に電極となる集電体薄膜7106を成膜する。集電体薄膜7106は正極活物質層7105と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。
なお、上記集電体薄膜7102、負極活物質層7103、固体電解質層7104、正極活物質層7105、集電体薄膜7106の薄膜層は、スパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。また集電体薄膜7102、負極活物質層7103、固体電解質層7104、正極活物質層7105、集電体薄膜7106のそれぞれの厚さは0.1μm〜3μmが望ましい。
次に以下に充電時、放電時の動作を説明する。充電時には、正極活物質層7105からリチウムがイオンとなって離脱する。そのリチウムイオンは固体電解質層7104を介して負極活物質層7103に吸収される。このときに、正極活物質層7105から外部へ電子が放出される。
また放電時には、負極活物質層7103からリチウムがイオンとなって離脱する。そのリチウムイオンは固体電解質層7104を介して、正極活物質層7105に吸収される。このとき負極活物質層7103から外部に電子が放出される。この様にして薄膜二次電池は動作する。
なお、再度集電体薄膜7102、負極活物質層7103、固体電解質層7104、正極活物質層7105、集電体薄膜7106の薄膜層を重ねて形成することで、より大きい電力の充放電が可能になるため好適である。
以上のように、薄膜二次電池を形成することで、シート状であり、且つ充放電可能なバッテリーを形成することができる。
本実施例は、上記の実施の形態および他の実施例と組み合わせることができる。すなわち、定期的にバッテリーに対し充電を行うことにより、従来のように、電池の経時的な劣化に伴う電力の不足を防止することができる。そして、本発明の蓄電装置はバッテリーへの充電に際し、アンテナ回路にて無線信号を受信することにより得られる電力を用いて当該バッテリーの充電を行うことを特徴とする。そのため、充電器に直接接続することなく、RFIDを駆動するための電源を外部からの電磁波の電力を利用してバッテリーを充電することができる。
また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に電源回路を介した負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。電源供給回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
本実施例では、上記実施の形態で示した蓄電装置の作製方法の一例に関して、図面を参照して説明する。本実施例においては、アンテナ回路、電力供給制御回路、バッテリーを同じ基板上に設ける構成について説明する。なお、同一基板上にアンテナ回路、電力供給制御回路、バッテリーを形成し、電力供給制御回路を構成するトランジスタを薄膜トランジスタとすることで、小型化を図ることができるため好適である。また、蓄電装置におけるバッテリーとしては上記実施例で説明した薄膜二次電池を用いた例について本実施例では説明する。
なお、本実施例においては、上記実施の形態で述べたアンテナ回路について、その形状及び取り付け位置について述べるに留まるため、単にアンテナと称することにする。
まず、基板1301の一表面に絶縁膜1302を介して剥離層1303を形成し、続けて下地膜として機能する絶縁膜1304と半導体膜1305(例えば、非晶質珪素を含む膜)を積層して形成する(図18(A)参照)。なお、絶縁膜1302、剥離層1303、絶縁膜1304および半導体膜1305は、連続して形成することができる。
基板1301は、ガラス基板、石英基板、金属基板(例えばセラミック基板またはステンレス基板など)、Si基板等の半導体基板、など、から選択されるものである。他にもプラスチック基板として、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、アクリルなどの基板を選択することもできる。なお、本工程では、剥離層1303は、絶縁膜1302を介して基板1301の全面に設けているが、必要に応じて、基板1301の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより選択的にパターニングしてもよい。
絶縁膜1302、絶縁膜1304は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁材料を用いて形成する。例えば、絶縁膜1302、1304を2層構造とする場合、第1層目の絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を形成するとよい。また、第1層目の絶縁膜として窒化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成してもよい。絶縁膜1302は、基板1301から剥離層1303又はその上に形成される素子に不純物元素が混入するのを防ぐブロッキング層として機能し、絶縁膜1304は基板1301、剥離層1303からその上に形成される素子に不純物元素が混入するのを防ぐブロッキング層として機能する。このように、ブロッキング層として機能する絶縁膜1302、1304を形成することによって、基板1301からNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、剥離層1303から剥離層1303に含まれる不純物元素がこの上に形成する素子に悪影響を与えることを防ぐことができる。なお、基板1301として石英を用いるような場合には絶縁膜1302、1304を省略してもよい。
剥離層1303は、金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造等を用いることができる。金属膜としては、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)から選択された元素または元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜を単層又は積層して形成する。また、これらの材料は、スパッタ法やプラズマCVD法等の各種CVD法等を用いて形成することができる。金属膜と金属酸化膜の積層構造としては、上述した金属膜を形成した後に、酸素雰囲気下またはN2O雰囲気下におけるプラズマ処理、酸素雰囲気下またはN2O雰囲気下における加熱処理を行うことによって、金属膜表面に当該金属膜の酸化物または酸化窒化物を設けることができる。例えば、金属膜としてスパッタ法やCVD法等によりタングステン膜を設けた場合、タングステン膜にプラズマ処理を行うことによって、タングステン膜表面にタングステン酸化物からなる金属酸化膜を形成することができる。また、この場合、タングステンの酸化物は、WOxで表され、Xは2〜3であり、Xが2の場合(WO2)、Xが2.5の場合(W2O5)、Xが2.75の場合(W4O11)、Xが3の場合(WO3)などがある。タングステンの酸化物を形成するにあたり、上記に挙げたXの値に特に制約はなく、エッチングレート等を基に、どの酸化物を形成するかを決めるとよい。また、プラズマ処理として、例えば高密度プラズマ処理を行ってもよい。また、金属酸化膜の他にも、金属窒化物や金属酸化窒化物を用いてもよい。この場合、金属膜に窒素雰囲気下または窒素と酸素雰囲気下でプラズマ処理や加熱処理を行えばよい。
非晶質半導体膜1305は、スパッタリング法、LPCVD法、プラズマCVD法等により、25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで形成する。
次に、非晶質半導体膜1305にレーザー光を照射して結晶化を行う。なお、レーザー光の照射と、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とを組み合わせた方法等により非晶質半導体膜1305の結晶化を行ってもよい。その後、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にエッチングして、結晶質半導体膜1305a〜1305fを形成し、当該半導体膜1305a〜1305fを覆うようにゲート絶縁膜1306を形成する(図18(B)参照)。
ゲート絶縁膜1306は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁材料を用いて形成する。例えば、ゲート絶縁膜1306を2層構造とする場合、第1層目の絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を形成するとよい。また、第1層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成し、第2層目の絶縁膜として窒化シリコン膜を形成してもよい。
結晶質半導体膜1305a〜1305fの作製工程の一例を以下に簡単に説明すると、まず、プラズマCVD法を用いて、膜厚50〜60nmの非晶質半導体膜を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させた後、非晶質半導体膜に脱水素化の処理(500℃、1時間)と、熱結晶化の処理(550℃、4時間)を行って結晶質半導体膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ法を用いてレーザー光を照射し、エッチングを行うことよって結晶質半導体膜1305a〜1305fを形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化を行わずに、レーザー光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。
結晶化に用いるレーザー発振器としては、連続発振型のレーザー(CWレーザー)やパルス発振型のレーザー(パルスレーザー)を用いることができる。ここで用いることができるレーザービームは、Arレーザー、Krレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー、単結晶のYAG、YVO4、フォルステライト(Mg2SiO4)、YAlO3、GdVO4、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4に、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、銅蒸気レーザーまたは金蒸気レーザーのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザービームの基本波、及びこれらの基本波の第2高調波から第4高調波のレーザービームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いることができる。このときレーザーのパワー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、走査速度を10〜2000cm/sec程度として照射する。なお、単結晶のYAG、YVO4、フォルステライト(Mg2SiO4)、YAlO3、GdVO4、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4に、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、Arイオンレーザー、またはTi:サファイアレーザーは、連続発振をさせることが可能であり、Qスイッチ動作やモード同期などを行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。10MHz以上の発振周波数でレーザービームを発振させると、半導体膜がレーザーによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザーを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
また、ゲート絶縁膜1306は、半導体膜1305a〜1305fに対し前述の高密度プラズマ処理を行い、表面を酸化又は窒化することで形成しても良い。例えば、He、Ar、Kr、Xeなどの希ガスと、酸素、酸化窒素(NO2)、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)や窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することができる。
このような高密度プラズマを用いた処理により、1〜20nm、代表的には5〜10nmの絶縁膜が半導体膜に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、高密度プラズマ処理は、半導体膜(結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン)を直接酸化(若しくは窒化)するため、形成される絶縁膜の厚さは理想的には、ばらつきをきわめて小さくすることができる。加えて、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないため、非常に好ましい状態となる。すなわち、ここで示す高密度プラズマ処理で半導体膜の表面を固相酸化することにより、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。
ゲート絶縁膜は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、それにプラズマや熱反応を利用したCVD法で酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。
また、半導体膜に対し、連続発振レーザービーム若しくは10MHz以上の周波数で発振するパルスレーザービームを照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた半導体膜1305a〜1305fは、そのビームの走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向をチャネル長方向(チャネル形成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向)に合わせてトランジスタを配置し、上記ゲート絶縁層を組み合わせることで、特性ばらつきが小さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ(TFT)を得ることができる。
次に、ゲート絶縁膜1306上に、第1の導電膜と第2の導電膜とを積層して形成する。ここでは、第1の導電膜は、CVD法やスパッタリング法等により、20〜100nmの厚さで形成する。第2の導電膜は、100〜400nmの厚さで形成する。第1の導電膜と第2の導電膜は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第1の導電膜と第2の導電膜の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブデン膜等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第1の導電膜と第2の導電膜を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、2層構造ではなく、3層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、半導体膜1305a〜1305fの上方にゲート電極1307を形成する。ここでは、ゲート電極1307として、第1の導電膜1307aと第2の導電膜1307bの積層構造で設けた例を示している。
次に、ゲート電極1307をマスクとして半導体膜1305a、1305b、1305d、及び1305fに、イオンドープ法またはイオン注入法により、n型を付与する不純物元素を低濃度に添加し、その後、フォトリソグラフィ法によりレジストからなるマスクを選択的に形成して、半導体膜1305c及び半導体膜1305eにp型を付与する不純物元素を高濃度に添加する。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、n型を付与する不純物元素としてリン(P)を用い、1×1015〜1×1019/cm3の濃度で含まれるように半導体膜1305a、1305b、1305d、及び1305fに選択的に導入し、n型を示す不純物領域1308を形成する。また、p型を付与する不純物元素としてボロン(B)を用い、1×1019〜1×1020/cm3の濃度で含まれるように選択的に半導体膜1305c、1305eに導入し、p型を示す不純物領域1309を形成する(図18(C)参照)。
続いて、ゲート絶縁膜1306とゲート電極1307を覆うように、絶縁膜を形成する。絶縁膜は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、ゲート電極1307の側面に接する絶縁膜1310(サイドウォールともよばれる)を形成する。絶縁膜1310は、LDD(Lightly Doped Drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。
続いて、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクと、ゲート電極1307および絶縁膜1310をマスクとして用いて、半導体膜1305a、1305b、1305d、1305fにn型を付与する不純物元素を高濃度に添加して、n型を示す不純物領域1311を形成する。ここでは、n型を付与する不純物元素としてリン(P)を用い、1×1019〜1×1020/cm3の濃度で含まれるように半導体膜1305a、1305b、1305d、1305fに選択的に導入し、不純物領域1308より高濃度のn型を示す不純物領域1311を形成する。
以上の工程により、nチャネル型薄膜トランジスタ1300a、1300b、1300d、1300fとpチャネル型薄膜トランジスタ1300c、1300eが形成される(図18(D)参照)。
nチャネル型薄膜トランジスタ1300aは、ゲート電極1307と重なる半導体膜1305aの領域にチャネル形成領域が形成され、ゲート電極1307及び絶縁膜1310と重ならない半導体膜1305aの領域にソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域1311が形成され、絶縁膜1310と重なる半導体膜1305aの領域であってチャネル形成領域と不純物領域1311の間に低濃度不純物領域(LDD領域)が形成されている。また、nチャネル型薄膜トランジスタ1300b、1300d、1300fも同様にチャネル形成領域、低濃度不純物領域及び不純物領域1311が形成されている。
pチャネル型薄膜トランジスタ1300cは、ゲート電極1307と重なる半導体膜1305cの領域にチャネル形成領域が形成され、ゲート電極1307と重ならない半導体膜1305cの領域にソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域1309が形成されている。また、pチャネル型薄膜トランジスタ1300eも同様にチャネル形成領域及び不純物領域1309が形成されている。なお、ここでは、pチャネル型薄膜トランジスタ1300c、1300eには、LDD領域を設けていないが、pチャネル型薄膜トランジスタにLDD領域を設けてもよいし、nチャネル型薄膜トランジスタにLDD領域を設けない構成としてもよい。
次に、半導体膜1305a〜1305f、ゲート電極1307等を覆うように、絶縁膜を単層または積層して形成し、当該絶縁膜上に薄膜トランジスタ1300a〜1300fのソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域1309、1311と電気的に接続する導電膜1313を形成する(図19(A)参照)。絶縁膜は、CVD法、スパッタ法、SOG法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層または積層で形成する。ここでは、当該絶縁膜を2層で設け、1層目の絶縁膜1312aとして窒化酸化珪素膜で形成し、2層目の絶縁膜1312bとして酸化窒化珪素膜で形成する。また、導電膜1313は、薄膜トランジスタ1300a〜1300fのソース電極またはドレイン電極を形成しうる。
なお、絶縁膜1312a、1312bを形成する前、または絶縁膜1312a、1312bのうちの1つまたは複数の薄膜を形成した後に、半導体膜の結晶性の回復や半導体膜に添加された不純物元素の活性化、半導体膜の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザーアニール法またはRTA法などを適用するとよい。
導電膜1313は、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜1313は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜1313を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。
次に、導電膜1313を覆うように、絶縁膜1314を形成し、当該絶縁膜1314上に、薄膜トランジスタ1300a、1300fのソース電極またはドレイン電極を形成する導電膜1313とそれぞれ電気的に接続する導電膜1315a、1315bを形成する。また、薄膜トランジスタ1300bのソース電極またはドレイン電極を形成する導電膜1313とそれぞれ電気的に接続する導電膜1316を形成する。なお、導電膜1315a、1315bと導電膜1316は同一の材料で同時に形成してもよい。導電膜1315a、1315bと導電膜1316は、上述した導電膜1313で示したいずれかの材料を用いて形成することができる。
続いて、導電膜1316にアンテナとして機能する導電膜1317が電気的に接続されるように形成する(図19(B)参照)。
絶縁膜1314は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y>0)等の酸素または窒素を有する絶縁膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
導電膜1317は、CVD法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電膜1317を形成する場合には、粒径が数nmから数十μmの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)等のいずれか一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電膜の形成にあたり、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子(例えば粒径1nm以上100nm以下)を用いる場合、150〜300℃の温度範囲で焼成することにより硬化させて導電膜を得ることができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径20μm以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや鉛フリーのはんだは、低コストであるといった利点を有している。
また、導電膜1315a、1315bは、後の工程において本発明の蓄電装置に含まれるバッテリーと電気的に接続される配線として機能しうる。また、アンテナとして機能する導電膜1317を形成する際に、導電膜1315a、1315bに電気的に接続するように別途導電膜を形成し、当該導電膜を本発明の蓄電装置に含まれるバッテリーに接続する配線として利用してもよい。
次に、導電膜1317を覆うように絶縁膜1318を形成した後、薄膜トランジスタ1300a〜1300f、導電膜1317等を含む層(以下、「素子形成層1319」と記す)を基板1301から剥離する。ここでは、レーザー光(例えばUV光)を照射することによって、素子形成層1319の薄膜トランジスタ1300a〜1300fを避けた領域に開口部を形成後(図19(C)参照)、物理的な力を用いて基板1301から素子形成層1319を剥離することができる。また、基板1301から素子形成層1319を剥離する前に、形成した開口部にエッチング剤を導入して、剥離層1303を選択的に除去してもよい。エッチング剤は、フッ化ハロゲンまたはハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素(ClF3)を使用する。そうすると、素子形成層1319は、基板1301から剥離された状態となる。なお、剥離層1303は、全て除去せず一部分を残存させてもよい。こうすることによって、エッチング剤の消費量を抑え剥離層の除去に要する処理時間を短縮することが可能となる。また、剥離層1303の除去を行った後にも、基板1301上に素子形成層1319を保持しておくことが可能となる。また、素子形成層1319が剥離された基板1301を再利用することによって、コストの削減をすることができる。
絶縁膜1318は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y>0)等の酸素または窒素を有する絶縁膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。
本実施例では、レーザー光の照射により素子形成層1319に開口部を形成した後に、当該素子形成層1319の一方の面(絶縁膜1318の露出した面)に第1のシート材1320を貼り合わせた後、基板1301から素子形成層1319を剥離する(図20(A)参照)。
次に、素子形成層1319の他方の面(剥離により露出した面)に、第2のシート材1321を貼り合わせた後、加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行って第2のシート材1321を貼り合わせる(図20(B)参照)。第1のシート材1320、第2のシート材1321として、ホットメルトフィルム等を用いることができる。
また、第1のシート材1320、第2のシート材1321として、静電気等を防止する帯電防止対策を施したフィルム(以下、帯電防止フィルムと記す)を用いることもできる。帯電防止フィルムとしては、帯電防止可能な材料を樹脂中に分散させたフィルム、及び帯電防止可能な材料が貼り付けられたフィルム等が挙げられる。帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、片面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよいし、両面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよい。さらに、片面に帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、帯電防止可能な材料が設けられた面をフィルムの内側になるように層に貼り付けてもよいし、フィルムの外側になるように貼り付けてもよい。なお、帯電防止可能な材料はフィルムの全面、あるいは一部に設けてあればよい。ここでの帯電防止可能な材料としては、金属、インジウムと錫の酸化物(ITO)、両性界面活性剤や陽イオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤等の界面活性剤用いることができる。また、他にも帯電防止材料として、側鎖にカルボキシル基および4級アンモニウム塩基をもつ架橋性共重合体高分子を含む樹脂材料等を用いることができる。これらの材料をフィルムに貼り付けたり、練り込んだり、塗布することによって帯電防止フィルムとすることができる。帯電防止フィルムで封止を行うことによって、商品として取り扱う際に、外部からの静電気等によって半導体素子に悪影響が及ぶことを抑制することができる。
なお、バッテリーは、上記実施例1で示した薄膜二次電池を導電膜1315a、1315bに接続して形成されるが、バッテリーとの接続は、基板1301から素子形成層1319を剥離する前(図19(B)又は図19(C)の段階)に行ってもよいし、基板1301から素子形成層1319を剥離した後(図20(A)の段階)に行ってもよいし、素子形成層1319を第1のシート材及び第2のシート材で封止した後(図20(B)の段階)に行ってもよい。以下に、素子形成層1319とバッテリーを接続して形成する一例を図21、図22を用いて説明する。
図19(B)において、アンテナとして機能する導電膜1317と同時に導電膜1315a、1315bにそれぞれ電気的に接続する導電膜1331a、1331bを形成する。続けて、導電膜1317、導電膜1331a、1331bを覆うように絶縁膜1318を形成した後、導電膜1331a、1331bの表面が露出するように絶縁膜1318に開口部1332a、1332bを形成する。その後、レーザー光の照射により素子形成層1319に開口部を形成した後に、当該素子形成層1319の一方の面(絶縁膜1318の露出した面)に第1のシート材1320を貼り合わせた後、基板1301から素子形成層1319を剥離する(図21(A)参照)。
次に、素子形成層1319の他方の面(剥離により露出した面)に、第2のシート材1321を貼り合わせた後、素子形成層1319を第1のシート材1320から剥離する。従って、ここでは第1のシート材1320として粘着力が弱いものを用いる。続けて、開口部1332a、1332bを介して導電膜1331a、1331bとそれぞれ電気的に接続する導電膜1334a、1334bを選択的に形成する(図21(B)参照)。
導電膜1334a、導電膜1334bは、CVD法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
なお、ここでは、基板1301から素子形成層1319を剥離した後に導電膜1334a、1334bを形成する例を示しているが、導電膜1334a、1334bを形成した後に基板1301から素子形成層1319の剥離を行ってもよい。
次に、基板上に複数の素子を形成している場合には、素子形成層1319を素子ごとに分断する(図22(A)参照)。分断は、レーザー照射装置、ダイシング装置、スクライブ装置等を用いることができる。ここでは、レーザー光を照射することによって1枚の基板に形成された複数の素子を各々分断する。
次に、分断された素子をバッテリーと電気的に接続する(図22(B)参照)。本実施例においては、バッテリーとしては上記実施例1で示した薄膜二次電池が用いられ、集電体薄膜、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、集電体薄膜の薄膜層が順次積層される。
導電膜1336a、導電膜1336bは、CVD法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。なお導電膜1336a、導電膜1336bは、上記実施例1で示した集電体薄膜7102に対応する。そのため導電性材料としては、負極活物質と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、特にアルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどが好適である。
薄膜二次電池の構成について次いで詳述すると、導電膜1336a上に負極活物質層1381を成膜する。一般には酸化バナジウム(V2O5)などが用いられる。次に負極活物質層1381上に固体電解質層1382を成膜する。一般にはリン酸リチウム(Li3PO4)などが用いられる。次に固体電解質層1382上に正極活物質層1383を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム(LiMn2O4)などが用いられる。コバルト酸リチウム(LiCoO2)やニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用いても良い。次に正極活物質層1383上に電極となる集電体薄膜1384を成膜する。集電体薄膜1384は正極活物質層1383と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。
上述の負極活物質層1381、固体電解質層1382、正極活物質層1383、集電体薄膜1384の各薄膜層はスパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。それぞれの層の厚さは0.1μm〜3μmが望ましい。
次に樹脂を塗布し、層間膜1385を形成する。そしてその層間膜をエッチングしコンタクトホールを形成する。層間膜は樹脂には限定せず、CVD酸化膜など他の膜であっても良いが、平坦性の観点から樹脂であることが望ましい。また、感光性樹脂を用いて、エッチングを用いずにコンタクトホールを形成しても良い。次に層間膜1385上に配線層1386を形成し、導電膜1334bと接続することにより、薄膜二次電池と素子形成層1319との電気接続を確保する。
ここでは、素子形成層1319に設けられた導電膜1334a、1334bと予め積層されたバッテリーである薄膜二次電池1389の接続端子となる導電膜1336a、1336bとをそれぞれ接続する。ここで、導電膜1334aと導電膜1336aとの接続、又は導電膜1334bと導電膜1336bとの接続は、異方導電性フィルム(ACF(Anisotropic Conductive Film))や異方導電性ペースト(ACP(Anisotropic Conductive Paste))等の接着性を有する材料を介して圧着させることにより電気的に接続する場合を示している。ここでは、接着性を有する樹脂1337に含まれる導電性粒子1338を用いて接続する例を示している。また、他にも、銀ペースト、銅ペーストまたはカーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合等を用いて接続を行うことも可能である。
なお、トランジスタの構成は、様々な形態をとることができる。本実施例で示した特定の構成に限定されない。例えば、ゲート電極が2個以上になっているマルチゲート構造を用いてもよい。マルチゲート構造にすると、チャネル領域が直列に接続されるような構成となるため、複数のトランジスタが直列に接続されたような構成となる。マルチゲート構造にすることにより、オフ電流の低減や、トランジスタの耐圧を向上させ信頼性を向上することや、飽和領域で動作する時に、ドレイン・ソース間電圧が変化しても、ドレイン・ソース間電流があまり変化せず、フラットな特性にすることができる。また、チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造でもよい。チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造にすることにより、チャネル領域が増えるため、電流値を大きくし、空乏層ができやすくなってS値を小さくすることができる。チャネルの上下にゲート電極が配置されると、複数のトランジスタが並列に接続されたような構成となる。
また、チャネルの上にゲート電極が配置されている構造でもよいし、チャネルの下にゲート電極が配置されている構造でもよいし、正スタガ構造であってもよいし、逆スタガ構造でもよいし、チャネル領域が複数の領域に分かれていてもよいし、並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。また、チャネル(もしくはその一部)にソース電極やドレイン電極が重なっていてもよい。チャネル(もしくはその一部)にソース電極やドレイン電極が重なっていない構造にすることにより、チャネルの一部に電荷がたまって、動作が不安定になることを防ぐことができる。また、LDD領域があってもよい。LDD領域を設けることにより、オフ電流の低減や、トランジスタの耐圧を向上させ信頼性を向上することや、飽和領域で動作する時に、ドレイン・ソース間電圧が変化しても、ドレイン・ソース間電流があまり変化せず、フラットな特性にすることができる。
なお、本実施例は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。定期的にバッテリーに対し充電を行うことにより、従来のように、電池の経時的な劣化に伴う電力の不足を防止することができる。そして、本発明の蓄電装置はバッテリーへの充電に際し、アンテナ回路にて無線信号を受信することにより得られる電力を用いて当該バッテリーの充電を行うことを特徴とする。そのため、充電器に直接接続することなく、RFIDを駆動するための電源を外部からの電磁波の電力を利用してバッテリーを充電することができる。
また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に電源回路を介した負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。電源供給回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
本実施例では、上記実施の形態で示した蓄電装置の作製方法の一例に関して、図面を参照して説明する。本実施例においては、アンテナ回路、電力供給制御回路、バッテリーを同じ基板上に設ける構成について説明する。なお、同一基板上にアンテナ回路、電力供給制御回路、バッテリーを形成し、電力供給制御回路を構成するトランジスタを単結晶基板に形成されたトランジスタとすることで、トランジスタ特性のばらつきが少ないトランジスタで蓄電装置を構成することができるため好適である。また、蓄電装置におけるバッテリーとしては上記実施例で説明した薄膜二次電池を用いた例について本実施例では説明する。
まず、半導体基板2300に素子領域2304、2306(以下、領域2304、2306とも記す)を形成する(図23(A)参照)。半導体基板2300に設けられた領域2304、2306は、それぞれ絶縁膜2302(フィールド酸化膜ともいう)によって分離されている。また、ここでは、半導体基板2300としてn型の導電型を有する単結晶Si基板を用い、半導体基板2300の領域2306にpウェル2307を設けた例を示している。
また、基板2300は、半導体基板であれば特に限定されず用いることができる。例えば、n型又はp型の導電型を有する単結晶Si基板、化合物半導体基板(GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板、サファイア基板、ZnSe基板等)、貼り合わせ法またはSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)法を用いて作製されたSOI(Silicon on Insulator)基板等を用いることができる。
領域2304、2306は、選択酸化法(LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法)又はトレンチ分離法等を適宜用いることができる。
また、半導体基板2300の領域2306に形成されたpウェル2307は、半導体基板2300にp型の導電型を有する不純物元素を選択的に導入することによって形成することができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。
なお、本実施例では、半導体基板2300としてn型の導電型を有する半導体基板を用いているため、領域2304には不純物元素の導入を行っていないが、n型を示す不純物元素を導入することにより領域2304にnウェルを形成してもよい。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。一方、p型の導電型を有する半導体基板を用いる場合には、領域2304にn型を示す不純物元素を導入してnウェルを形成し、領域2306には不純物元素の導入を行わない構成としてもよい。
次に、領域2304、2306を覆うように絶縁膜2332、2334をそれぞれ形成する(図23(B)参照)。
絶縁膜2332、2334は、例えば、熱処理を行い半導体基板2300に設けられた領域2304、2306の表面を酸化させることにより酸化珪素膜で絶縁膜2332、2334を形成することができる。また、熱酸化法により酸化珪素膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化珪素膜の表面を窒化させることにより、酸化珪素膜と酸素と窒素を有する膜(酸窒化珪素膜)との積層構造で形成してもよい。
他にも、上述したように、プラズマ処理を用いて絶縁膜2332、2334を形成してもよい。例えば、半導体基板2300に設けられた領域2304、2306の表面に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行うことにより、絶縁膜2332、2334として酸化珪素(SiOx)膜又は窒化珪素(SiNx)膜で形成することができる。また、高密度プラズマ処理により領域2304、2306の表面に酸化処理を行った後に、再度高密度プラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、領域2304、2306の表面に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に酸窒化珪素膜が形成され、絶縁膜2332、2334は酸化珪素膜と酸窒化珪素膜とが積層された膜となる。また、熱酸化法により領域2304、2306の表面に酸化珪素膜を形成した後に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行ってもよい。
また、半導体基板2300の領域2304、2306に形成された絶縁膜2332、2334は、後に完成するトランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。
次に、領域2304、2306の上方に形成された絶縁膜2332、2334を覆うように導電膜を形成する(図23(C)参照)。ここでは、導電膜として、導電膜2336と導電膜2338を順に積層して形成した例を示している。もちろん、導電膜は、単層又は3層以上の積層構造で形成してもよい。
導電膜2336、2338としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、これらの元素を窒化した金属窒化膜で形成することもできる。他にも、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。
ここでは、導電膜2336として窒化タンタルを用いて形成し、その上に導電膜2338としてタングステンを用いて積層構造で設ける。また、他にも、導電膜2336として、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンから選ばれた単層又は積層膜を用い、導電膜2338として、タングステン、タンタル、モリブデン、チタンから選ばれた単層又は積層膜を用いることができる。
次に、積層して設けられた導電膜2336、2338を選択的にエッチングして除去することによって、領域2304、2306の上方の一部に導電膜2336、2338を残存させ、それぞれゲート電極2340、2342を形成する(図24(A)参照)。
次に、領域2304を覆うようにレジストマスク2348を選択的に形成し、当該レジストマスク2348、ゲート電極2342をマスクとして領域2306に不純物元素を導入することによって不純物領域を形成する(図24(B)参照)。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、リン(P)を用いる。
図24(B)においては、不純物元素を導入することによって、領域2306にソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域2352とチャネル形成領域2350が形成される。
次に、領域2306を覆うようにレジストマスク2366を選択的に形成し、当該レジストマスク2366、ゲート電極2340をマスクとして領域2304に不純物元素を導入することによって不純物領域を形成する(図24(C)参照)。不純物元素としては、n型を付与する不純物元素又はp型を付与する不純物元素を用いる。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、図24(B)で領域2306に導入した不純物元素と異なる導電型を有する不純物元素(例えば、ボロン(B))を導入する。その結果、領域2304にソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域2370とチャネル形成領域2368を形成される。
次に、絶縁膜2332、2334、ゲート電極2340、2342を覆うように第2の絶縁膜2372を形成し、当該第2の絶縁膜2372上に領域2304、2306にそれぞれ形成された不純物領域2352、2370と電気的に接続する配線2374を形成する(図25(A)参照)。
第2の絶縁膜2372は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y>0)等の酸素または窒素を有する絶縁膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
配線2374は、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。配線2374は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、配線2374を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。
なお本発明のトランジスタを構成するトランジスタの構造は図示した構造に限定されるものではないことを付記する。例えば、逆スタガ構造、フィンFET構造等の構造のトランジスタの構造を取り得る。フィンFET構造であることでトランジスタサイズの微細化に伴う短チャネル効果を抑制することができるため好適である。
また本発明における蓄電装置においては、バッテリーを具備することを特徴とする。バッテリーとしては上記実施例で示した薄膜二次電池を用いることが好ましい。そこで本実施例においては、本実施例において作成したトランジスタにおいて、薄膜二次電池との接続について説明する。
本実施例において薄膜二次電池は、トランジスタに接続された配線2374上に積層して形成される。薄膜二次電池は、集電体薄膜、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、集電体薄膜の薄膜層が順次積層される(図25(B))。そのため、薄膜二次電池の集電体薄膜と兼用される配線2374の材料は、負極活物質と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、特にアルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどが好適である。
薄膜二次電池の構成について次いで詳述すると、配線2374上に負極活物質層2391を成膜する。一般には酸化バナジウム(V2O5)などが用いられる。次に負極活物質層2391上に固体電解質層2392を成膜する。一般にはリン酸リチウム(Li3PO4)などが用いられる。次に固体電解質層2392上に正極活物質層2393を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム(LiMn2O4)などが用いられる。コバルト酸リチウム(LiCoO2)やニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用いても良い。次に正極活物質層2393上に電極となる集電体薄膜2394を成膜する。集電体薄膜2394は正極活物質層2393と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。
上述の負極活物質層2391、固体電解質層2392、正極活物質層2393、集電体薄膜2394の各薄膜層はスパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。また、それぞれの層の厚さは0.1μm〜3μmが望ましい。
次に樹脂を塗布し、層間膜2396を形成する。そして層間膜2396をエッチングしコンタクトホールを形成する。層間膜は樹脂には限定せず、CVD酸化膜など他の膜であっても良いが、平坦性の観点から樹脂であることが望ましい。また、感光性樹脂を用いて、エッチングを用いずにコンタクトホールを形成しても良い。次に層間膜2396上に配線層2395を形成し、配線2397と接続することにより、薄膜二次電池とトランジスタの電気接続を確保する。
以上のような構成にすることにより、本発明の蓄電装置においては、単結晶基板上にトランジスタを形成し、その上に薄膜二次電池を有する構成を取り得る。故に本発明の蓄電装置においては、極薄化、小型化を達成した柔軟性を具備する蓄電装置を提供することができる。
なお、本実施例は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。すなわち、定期的にバッテリーに対し充電を行うことにより、従来のように、電池の経時的な劣化に伴う電力の不足を防止することができる。そして、本発明の蓄電装置はバッテリーへの充電に際し、アンテナ回路が無線信号を受信して得られた電力を、当該バッテリーの充電に充てることを特徴とする。そのため、充電器に直接接続することなく、負荷に供給する電源を外部からの電磁波の電力を利用してバッテリーに充電することができる。
また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に電源回路を介した負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。電源供給回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
本実施例では、上記実施例3と異なる蓄電装置の作製方法の一例に関して、図面を参照して説明する。本実施例においては、アンテナ回路、電力供給制御回路、バッテリーを同じ基板上に設ける構成について説明する。なお、同一基板上にアンテナ回路、電力供給制御回路、バッテリーを形成し、電力供給制御回路を構成するトランジスタを単結晶基板に形成されたトランジスタとすることで、トランジスタ特性のばらつきが少ないトランジスタで蓄電装置を構成することができるため好適である。また、蓄電装置におけるバッテリーとしては上記実施例で説明した薄膜二次電池を用いた例について本実施例では説明する。
まず、基板2600上に絶縁膜を形成する。ここでは、n型の導電型を有する単結晶Siを基板2600として用い、当該基板2600上に絶縁膜2602と絶縁膜2604を形成する(図26(A)参照)。例えば、基板2600に熱処理を行うことにより絶縁膜2602として酸化珪素(SiOx)を形成し、当該絶縁膜2602上にCVD法を用いて窒化珪素(SiNx)を成膜する。
また、基板2600は、半導体基板であれば特に限定されず用いることができる。例えば、n型又はp型の導電型を有する単結晶Si基板、化合物半導体基板(GaAs基板、InP基板、GaN基板、SiC基板、サファイア基板、ZnSe基板等)、貼り合わせ法またはSIMOX(Separation by IMplanted OXygen)法を用いて作製されたSOI(Silicon on Insulator)基板等を用いることができる。
また、絶縁膜2604は、絶縁膜2602を形成した後に高密度プラズマ処理により当該絶縁膜2602の表面を窒化することにより設けてもよい。なお、基板2600上に設ける絶縁膜は単層又は3層以上の積層構造で設けてもよい。
次に、絶縁膜2604上に選択的にレジストマスク2606のパターンを形成し、当該レジストマスク2606をマスクとして選択的にエッチングを行うことによって、基板2600に選択的に凹部2608を形成する(図26(B)参照)。基板2600、絶縁膜2602、2604のエッチングとしては、プラズマを利用したドライエッチングにより行うことができる。
次に、レジストマスク2606のパターンを除去した後、基板2600に形成された凹部2608を充填するように絶縁膜2610を形成する(図26(C)参照)。
絶縁膜2610は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁材料を用いて形成する。ここでは、絶縁膜2610として、常圧CVD法または減圧CVD法によりTEOS(テトラエチルオルソシリケート)ガスを用いて酸化珪素膜を形成する。
次に、研削処理、又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)などの研磨処理を行うことによって、基板2600の表面を露出させる。ここでは、基板2600の表面を露出させることにより、基板2600の凹部2608に形成された絶縁膜2611間に領域2612、2613が設けられる。なお、絶縁膜2611は、基板2600の表面に形成された絶縁膜2610が研削処理、又はCMPなどの研磨処理により除去されることにより得られたものである。続いて、p型の導電型を有する不純物元素を選択的に導入することによって、基板2600の領域2613にpウェル2615を形成する(図27(A)参照)。
p型を示す不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、ボロン(B)を領域2613に導入する。
なお、本実施例では、基板2600としてn型の導電型を有する半導体基板を用いているため、領域2612には不純物元素の導入を行っていないが、n型を示す不純物元素を導入することにより領域2612にnウェルを形成してもよい。n型を示す不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。
一方、p型の導電型を有する半導体基板を用いる場合には、領域2612にn型を示す不純物元素を導入してnウェルを形成し、領域2613には不純物元素の導入を行わない構成としてもよい。
次に、基板2600の領域2612、2613の表面上に絶縁膜2632、2634をそれぞれ形成する(図27(B)参照)。
絶縁膜2632、2634は、例えば、熱処理を行い基板2600に設けられた領域2612、2613の表面を酸化させることにより酸化珪素膜で絶縁膜2632、2634を形成することができる。また、熱酸化法により酸化珪素膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化珪素膜の表面を窒化させることにより、酸化珪素膜と酸素と窒素を有する膜(酸窒化珪素膜)との積層構造で形成してもよい。
他にも、上述したように、プラズマ処理を用いて絶縁膜2632、2634を形成してもよい。例えば、基板2600に設けられた領域2612、2613の表面に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行うことにより、絶縁膜2632、2634として酸化珪素(SiOx)膜又は窒化珪素(SiNx)膜で形成することができる。また、高密度プラズマ処理により領域2612、2613の表面に酸化処理を行った後に、再度高密度プラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、領域2612、2613の表面に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に酸窒化珪素膜が形成され、絶縁膜2632、2634は酸化珪素膜と酸窒化珪素膜とが積層された膜となる。また、熱酸化法により領域2612、2613の表面に酸化珪素膜を形成した後に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行ってもよい。
なお、基板2600の領域2612、2613上に形成された絶縁膜2632、2634は、後に完成するトランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。
次に、基板2600に設けられた領域2612、2613の上方に形成された絶縁膜2632、2634を覆うように導電膜を形成する(図27(C)参照)。ここでは、導電膜として、導電膜2636と導電膜2638を順に積層して形成した例を示している。もちろん、導電膜は、単層又は3層以上の積層構造で形成してもよい。
導電膜2636、2638としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、これらの元素を窒化した金属窒化膜で形成することもできる。他にも、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。
ここでは、導電膜2636として窒化タンタルを用いて形成し、その上に導電膜2638としてタングステンを用いて積層構造で設ける。また、他にも、導電膜2636として、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンから選ばれた単層又は積層膜を用い、導電膜2638として、タングステン、タンタル、モリブデン、チタンから選ばれた単層又は積層膜を用いることができる。
次に、積層して設けられた導電膜2636、2638を選択的にエッチングして除去することによって、基板2600の領域2612、2613の上方の一部に導電膜2636、2638を残存させ、それぞれゲート電極として機能する導電膜2640、2642を形成する(図28(A)参照)。また、ここでは、基板2600において、導電膜2640、2642と重ならない領域2612、2613の表面が露出するようにする。
具体的には、基板2600の領域2612上に形成された絶縁膜2632のうち当該導電膜2640と重ならない部分を選択的に除去し、導電膜2640と絶縁膜2632の端部が概略一致するように形成する。また、基板2600の領域2613上に形成された絶縁膜2634のうち当該導電膜2642と重ならない部分を選択的に除去し、導電膜2642と絶縁膜2634の端部が概略一致するように形成する。
この場合、導電膜2640、2642の形成と同時に、導電膜2640及び2642と重ならない部分の絶縁膜等を除去してもよいし、導電膜2640、2642を形成後残存したレジストマスク又は当該導電膜2640、2642をマスクとして導電膜2640及び2642と重ならない部分の絶縁膜等を除去してもよい。
次に、基板2600の領域2612、2613に不純物元素を選択的に導入する(図28(B)参照)。ここでは、領域2613に導電膜2642をマスクとしてn型を付与する低濃度の不純物元素を選択的に導入し、領域2612に導電膜2640をマスクとしてp型を付与する低濃度の不純物元素を選択的に導入する。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。p型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。
次に、導電膜2640、2642の側面に接するサイドウォール2654を形成する。具体的には、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。そして、当該絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電膜2640、2642の側面に接するようにサイドウォール2654を形成することができる。なお、サイドウォール2654は、LDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。また、ここでは、サイドウォール2654は、導電膜2640、2642の下方に形成された絶縁膜や浮遊ゲート電極の側面にも接するように形成されている。
続いて、当該サイドウォール2654、導電膜2640、2642をマスクとして基板2600の領域2612、2613に不純物元素を導入することによって、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域を形成する(図28(C)参照)。ここでは、基板2600の領域2613にサイドウォール2654と導電膜2642をマスクとして高濃度のn型を付与する不純物元素を導入し、領域2612にサイドウォール2654と導電膜2640をマスクとして高濃度のp型を付与する不純物元素を導入する。
その結果、基板2600の領域2612には、ソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域2658と、LDD領域を形成する低濃度不純物領域2660と、チャネル形成領域2656が形成される。また、基板2600の領域2613には、ソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域2664と、LDD領域を形成する低濃度不純物領域2666と、チャネル形成領域2662が形成される。
なお、本実施例では、導電膜2640、2642と重ならない基板2600の領域2612、2613を露出させた状態で不純物元素の導入を行っている。従って、基板2600の領域2612、2613にそれぞれ形成されるチャネル形成領域2656、2662は導電膜2640、2642と自己整合的に形成することができる。
次に、基板2600の領域2612、2613上に設けられた絶縁膜や導電膜等を覆うように第2の絶縁膜2677を形成し、当該第2の絶縁膜2677に開口部2678を形成する(図29(A)参照)。
第2の絶縁膜2677は、CVD法やスパッタ法等により、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y>0)等の酸素または窒素を有する絶縁膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
次に、CVD法を用いて開口部2678に導電膜2680を形成し、当該導電膜2680と電気的に接続するように絶縁膜2677上に導電膜2682a〜2682dを選択的に形成する(図29(B)参照)。
導電膜2680、2682a〜2682dは、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジウム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜2680、2682a〜2682dは、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜2680、2682a〜2682dを形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。ここでは、導電膜2680、2682a〜2682dはCVD法によりタングステン(W)を選択成長することにより形成することができる。
以上の工程により、基板2600の領域2612に形成されたp型のトランジスタと、領域2613に形成されたn型のトランジスタとを得ることができる。
なお本発明のトランジスタを構成するトランジスタの構造は図示した構造に限定されるものではないことを付記する。例えば、逆スタガ構造、フィンFET構造等の構造のトランジスタの構造を取り得る。フィンFET構造であることでトランジスタサイズの微細化に伴う短チャネル効果を抑制することができるため好適である。
また本発明における蓄電装置においては、バッテリーを具備することを特徴とする。バッテリーとしては上記実施例で示した薄膜二次電池を用いることが好ましい。そこで本実施例においては、本実施例において作成したトランジスタにおいて、薄膜二次電池との接続について説明する。
本実施例において薄膜二次電池は、トランジスタに接続された導電膜2682d上に積層して形成される。薄膜二次電池は、集電体薄膜、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、集電体薄膜の薄膜層が順次積層される(図29(B))。そのため、薄膜二次電池の集電体薄膜と兼用される導電膜2682dの材料は、負極活物質と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、特にアルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどが好適である。
薄膜二次電池の構成について次いで詳述すると、導電膜2682d上に負極活物質層2691を成膜する。一般には酸化バナジウム(V2O5)などが用いられる。次に負極活物質層2691上に固体電解質層2692を成膜する。一般にはリン酸リチウム(Li3PO4)などが用いられる。次に固体電解質層2692上に正極活物質層2693を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム(LiMn2O4)などが用いられる。コバルト酸リチウム(LiCoO2)やニッケル酸リチウム(LiNiO2)を用いても良い。次に正極活物質層2693上に電極となる集電体薄膜2694を成膜する。集電体薄膜2694は正極活物質層2693と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。
上述の負極活物質層2691、固体電解質層2692、正極活物質層2693、集電体薄膜2694の各薄膜層はスパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。また、それぞれの層の厚さは0.1μm〜3μmが望ましい。
次に樹脂を塗布し、層間膜2696を形成する。そして層間膜2696をエッチングしコンタクトホールを形成する。層間膜2696は樹脂には限定せず、CVD酸化膜など他の膜であっても良いが、平坦性の観点から樹脂であることが望ましい。また、感光性樹脂を用いて、エッチングを用いずにコンタクトホールを形成しても良い。次に層間膜2696上に配線層2695を形成し、配線2697と接続することにより、薄膜二次電池とトランジスタの電気接続を確保する。
以上のような構成にすることにより、本発明の蓄電装置においては、単結晶基板上にトランジスタを形成し、その上に薄膜二次電池を有する構成を取り得る。故に本発明の蓄電装置においては、極薄化、小型化を達成した柔軟性を具備する蓄電装置を提供することができる。
なお、本実施例は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。すなわち、定期的にバッテリーに対し充電を行うことにより、従来のように、電池の経時的な劣化に伴う電力の不足を防止することができる。そして、本発明の蓄電装置はバッテリーへの充電に際し、アンテナ回路にて無線信号を受信することにより得られる電力を用いて当該バッテリーの充電を行うことを特徴とする。そのため、充電器に直接接続することなく、負荷に供給するための電力を外部からの電磁波の電力を利用してバッテリーに充電することができる。
また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に電源回路を介した負荷への電力の供給を制御することを特徴とする。電源供給回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
本実施例では、本発明の無線信号によりバッテリーの充電を行う蓄電装置の用途について説明する。本発明の蓄電装置は、例えば、デジタルビデオカメラ、コンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などの電子機器や、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等)、包装用容器類(包装紙やボトル等)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等)、乗物類(自転車等)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等に設ける、いわゆるICラベル、ICタグ、ICカードとして使用することができる。
なお、本明細書において、ICカードとは、プラスチック製カードに薄片化した半導体集積回路(ICチップ)を埋設して情報を記録できるようにしたカードである。データを読み書きする方式の違いによって「接触式」と「非接触式」に分けられる。非接触式カードにはアンテナが内蔵されており、微弱な電磁波を利用して端末と交信することができるものである。また、ICタグとは、物体の識別に利用される微小なICチップに自身の識別コードなどの情報が記録されており、電波を使って管理システムと情報を送受信する能力をもつものをいう。数十ミリメートルの大きさで、電磁波で読み取り器と交信することができる。本発明の無線通信によりデータの交信を行うRFIDに使うICタグの態様はさまざまであり、カード形式のものや、ラベル類(ICラベルという)、証書類などがある。
本実施例では、図34を参照して、本発明の蓄電装置を具備するRFIDを内蔵したICラベル、ICタグ、ICカードの応用例、及びそれらを付した商品の一例について説明する。
図34(A)は、本発明に係る蓄電装置を具備するRFIDを内蔵したICラベルの一例である。ラベル台紙3001(セパレート紙)上に、RFID3002を内蔵した複数のICラベル3003が形成されている。ICラベル3003は、ボックス3004内に収納されている。また、ICラベル3003上には、その商品や役務に関する情報(商品名、ブランド、商標、商標権者、販売者、製造者等)が記されており、一方、内蔵されているRFIDには、その商品(又は商品の種類)固有のIDナンバーが付されており、偽造や、商標権、特許権等の知的財産権侵害、不正競争等の不法行為を容易に把握することができる。また、RFID内には、商品の容器やラベルに明記しきれない多大な情報、例えば、商品の産地、販売地、品質、原材料、効能、用途、数量、形状、価格、生産方法、使用方法、生産時期、使用時期、賞味期限、取扱説明、商品に関する知的財産情報等を入力しておくことができ、取引者や消費者は、簡易なリーダによって、それらの情報にアクセスすることができる。また、生産者側からは容易に書換え、消去等も可能であるが、取引者、消費者側からは書換え、消去等ができない仕組みになっている。
図34(B)は、本発明の蓄電装置を具備するRFID3012を内蔵したラベル状のICタグ3011を示している。ICタグ3011を商品に備え付けることにより、商品管理が容易になる。例えば、商品が盗難された場合に、商品の経路を辿ることによって、その犯人を迅速に把握することができる。このように、ICタグを備えることにより、所謂トレーサビリティに優れた商品を流通させることができる。また、なお図34(B)に示した本発明の蓄電装置を具備するICタグにおいては、バッテリーとして薄膜二次電池または大容量のコンデンサーを具備する構成を取り得る。そのため図34(B)に示すように曲面形状を有する物品への貼付に際しても本発明は有用である。
図34(C)は、本発明の蓄電装置を具備するRFID3022を内包したICカード3021の完成品の状態の一例である。上記ICカード3021としては、キャッシュカード、クレジットカード、プリペイドカード、電子乗車券、電子マネー、テレフォンカード、会員カード等のあらゆるカード類が含まれる。
なお図34(C)に示した本発明の蓄電装置を具備するICカードにおいては、バッテリーとして薄膜二次電池または大容量のコンデンサーを具備する構成を取り得る。そのため、図34(D)に示すように折り曲げた形状に変形させたとしても使用することが可能になるため、本発明は大変有用である。
図34(E)は、無記名債券3031の完成品の状態を示している。無記名債券3031には、本発明の蓄電装置を具備するRFID3032が埋め込まれており、その周囲は樹脂によって成形され、RFIDを保護している。ここで、該樹脂中にはフィラーが充填された構成となっている。無記名債券3031は、本発明に係るICラベル、ICタグ、ICカードと同じ要領で作成することができる。なお、上記無記名債券類には、切手、切符、チケット、入場券、商品券、図書券、文具券、ビール券、おこめ券、各種ギフト券、各種サービス券等が含まれるが、勿論これらに限定されるものではない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明のRFID3032を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。
以上、本発明の蓄電装置を具備するRFIDは物品(生き物を含む)であればどのようなものにでも設けて使用することができる。
本実施例は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。すなわち定期的にバッテリーに対し充電を行うことにより、従来のように、電池の経時的な劣化に伴う電力の不足を防止することができる。そして、本発明の蓄電装置はバッテリーへの充電に際し、アンテナ回路で無線信号を受信し得られた電力を当該バッテリーの充電を行うことを特徴とする。そのため、充電器に直接接続することなく、負荷に供給するための電力を外部からの電磁波の電力を利用してバッテリーに充電することができる。
また、本発明の蓄電装置は上記バッテリーを具備することによる利点に加え、電力供給制御回路において、スイッチ回路を設け、定期的に電力供給制御回路への電力の供給を制御することを特徴とする。電源供給回路に設けられたスイッチ回路を用いて負荷への電力の供給を制御することにより、負荷への電力の供給を間欠的におこなうことができる。そのためバッテリーにおける消費電力の低減を図り、さらに無線信号による電力の供給がなくても、負荷の長時間の動作を可能にすることができる。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態1の構成について説明する図。
実施の形態2の構成について説明する図。
実施の形態2の構成について説明する図。
実施の形態2の構成について説明する図。
実施の形態2の構成について説明する図。
実施の形態3の構成について説明する図。
実施例2の構成について説明する図。
実施例2の構成について説明する図。
実施例2の構成について説明する図。
実施例2の構成について説明する図。
実施例2の構成について説明する図。
実施例3の構成について説明する図。
実施例3の構成について説明する図。
実施例3の構成について説明する図。
実施例4の構成について説明する図。
実施例4の構成について説明する図。
実施例4の構成について説明する図。
実施例4の構成について説明する図。
実施の形態4の構成について説明する図。
実施の形態4の構成について説明する図。
実施の形態4の構成について説明する図。
実施例1の構成について説明する図。
実施例5の構成について説明する図。
符号の説明
101 蓄電装置
102 アンテナ回路
103 電力供給制御回路
104 バッテリー部
105 整流回路
106 低周波信号発生回路
107 スイッチ回路
108 電源回路
109 バッテリー
110 負荷
201 給電器
332 チップ
333 アンテナ
401 アンテナ
402 共振容量
404 ダイオード
405 ダイオード
406 平滑容量
600 給電器
601 送電制御部
602 アンテナ回路
603 アンテナ
604 共振容量
703 送電制御部
704 アンテナ回路
705 アンテナ
820 リングオシレータ
821 分周回路
822 AND回路
823 インバータ
824 インバータ
825 トランスミッションゲート
1000 抵抗
1002 トランジスタ
1003 トランジスタ
1004 電流供給用抵抗
1005 トランジスタ
1006 トランジスタ
1007 トランジスタ
1008 トランジスタ
1009 トランジスタ
1010 抵抗
1101 発電素子
1201 第1のアンテナ回路
1202 第2のアンテナ回路
1203 第1の給電器
1204 第2の給電器
1301 基板
1302 絶縁膜
1303 剥離層
1304 絶縁膜
1305 半導体膜
1306 ゲート絶縁膜
1307 ゲート電極
1308 不純物領域
1309 不純物領域
1310 絶縁膜
1311 不純物領域
1313 導電膜
1314 絶縁膜
1316 導電膜
1317 導電膜
1318 絶縁膜
1319 素子形成層
1320 シート材
1321 シート材
1337 樹脂
1338 導電性粒子
1381 負極活物質層
1382 固体電解質層
1383 正極活物質層
1384 集電体薄膜
1385 層間膜
1386 配線層
1389 薄膜二次電池
1391 電圧比較回路
1392 スイッチ
1393 スイッチ
1394 整流素子
1395 整流素子
1401 抵抗素子
1402 抵抗素子
1403 抵抗素子
1404 抵抗素子
1405 コンパレーター
1406 バッファ回路
1407 バッファ回路
1501 ブースターアンテナ
1601 制御回路
2300 基板
2302 絶縁膜
2304 領域
2306 領域
2307 pウェル
2332 絶縁膜
2334 絶縁膜
2336 導電膜
2338 導電膜
2340 ゲート電極
2342 ゲート電極
2348 レジストマスク
2350 チャネル形成領域
2352 不純物領域
2366 レジストマスク
2368 チャネル形成領域
2370 不純物領域
2372 絶縁膜
2374 配線
2391 負極活物質層
2392 固体電解質層
2393 正極活物質層
2394 集電体薄膜
2395 配線層
2396 層間膜
2397 配線
2600 基板
2602 絶縁膜
2604 絶縁膜
2606 レジストマスク
2608 凹部
2610 絶縁膜
2611 絶縁膜
2612 領域
2613 領域
2615 pウェル
2632 絶縁膜
2634 絶縁膜
2636 導電膜
2638 導電膜
2640 導電膜
2642 導電膜
2654 サイドウォール
2656 チャネル形成領域
2658 不純物領域
2660 低濃度不純物領域
2662 チャネル形成領域
2664 不純物領域
2666 低濃度不純物領域
2677 絶縁膜
2678 開口部
2680 導電膜
2691 負極活物質層
2692 固体電解質層
2693 正極活物質層
2694 集電体薄膜
2695 配線層
2696 層間膜
2697 配線
3001 ラベル台紙
3002 RFID
3003 ICラベル
3004 ボックス
3011 ICタグ
3012 RFID
3021 ICカード
3022 RFID
3031 無記名債券
3032 RFID
3301 充電管理回路
7101 基板
7102 集電体薄膜
7103 負極活物質層
7104 固体電解質層
7105 正極活物質層
7106 集電体薄膜
7401 定電流源
7402 スイッチ回路
7403 充電量制御回路
7410 定電流源
7501 抵抗
7502 トランジスタ
7504 トランジスタ
7505 トランジスタ
7506 トランジスタ
7507 トランジスタ
7508 トランジスタ
7509 トランジスタ
7511 トランジスタ
7512 抵抗
7513 インバータ
7514 インバータ
7515 トランスミッションゲート
7516 トランジスタ
7517 トランジスタ
7518 トランジスタ
7520 トランジスタ
7521 トランジスタ
7523 トランジスタ
7525 抵抗
7526 高電位電源線
7527 低電位電源線
1300a 薄膜トランジスタ
1300b 薄膜トランジスタ
1300c 薄膜トランジスタ
1300d 薄膜トランジスタ
1300e 薄膜トランジスタ
1300f 薄膜トランジスタ
1305a 半導体膜
1305b 半導体膜
1305c 半導体膜
1305d 半導体膜
1305e 半導体膜
1305f 半導体膜
1307a 導電膜
1307b 導電膜
1312a 絶縁膜
1312b 絶縁膜
1315a 導電膜
1315b 導電膜
1331a 導電膜
1331b 導電膜
1332a 開口部
1332b 開口部
1334a 導電膜
1334b 導電膜
1336a 導電膜
1336b 導電膜
2682a 導電膜
2682b 導電膜
2682c 導電膜
2682d 導電膜